Любой каприз

Компьютерный дизайн материалов

Популярная механикаHi-Tech

Любой каприз

Компьютерный дизайн материалов

Текст: Роман Фишман

Прочнее стали? Легче воздуха? Электрическое сопротивление меньше, чем у меди? И чтобы без содержания дорогих металлов? Поиски новых материалов с полезными свойствами до сих пор ведутся практически вслепую, перебором сотен и тысяч синтетических и природных веществ. Однако на горизонте уже можно различить контуры того фантастического дня, когда мы сможем просто задавать нужные характеристики компьютеру – и получать готовые формулы соединений с самыми невиданными свойствами. Прозрачный и твердый? Что вам угодно?..

С конца XIX века, когда во всем мире развернулась гонка за созданием самой долговечной, безопасной и дешевой нити накаливания для электрических ламп, изобретатели опробовали тысячи материалов. Их пытались изготавливать из хлопка и платины, волокон кокосовой скорлупы и волос мужской бороды, пока, уже в ХХ веке, не остановились на тугоплавком, ярко светящемся и не особенно дорогом вольфраме. Подбор оптимальных компонентов для литий-ионных батарей занял у химиков Sony около двух десятилетий, а тефлон был синтезирован в DuPont и вовсе случайно, в процессе поиска новых хладагентов для холодильников. Конечно, многие идеи для новых веществ и материалов с полезными свойствами удается «подсмотреть» у природы, однако и такие поиски остаются делом необычайно долгим, кропотливым, во многом – делом интуиции и удачи. Но сегодня мы стоим на пороге революционных изменений.

Эти тектонические сдвиги начались еще с появления квантовой механики и работ нобелевских лауреатов 1998 года Вальтера Кона и Джона Попла, которые в 1960–1970-х годах создали вычислительные методы и модели для предсказания поведения электронов и ядер атомов. Их «квантовая химия» позволила устанавливать свойства молекул и предсказывать протекание характерных для них реакций, зная лишь химическую формулу. Ведь какими бы ни были твердость и плотность, теплопроводность или преломление света, все они определяются электронными свойствами атомов, организованных в молекулы и кристаллы. Опираясь на уравнения квантовой химии, компьютер способен рассмотреть возможные стабильные структуры и дать оценку их свойств. Быстрое развитие вычислительных машин дало этим расчетам мощь, необходимую для моделирования и перебора огромного множества вариантов. Например, структура и свойства графена были сперва исследованы виртуально и лишь затем подтверждены в экспериментах.

Формула → структура

Однако графен – случай далеко не самый сложный: его плоская решетка образована всего одним типом довольно просто упакованных атомов. По мере того как их количество и разнообразие в молекуле увеличиваются, сложность расчетов растет экспоненциально, то есть при увеличении числа атомов вдвое сложность задачи может вырасти в квадриллион раз и больше. Вплоть до середины 2000-х большинство специалистов сомневались в том, что задача предсказания структуры и свойств по формуле решаема в принципе. Даже увеличив производительность процессоров в триллион раз, мы и близко не подойдем к возможности обсчитать нужное количество вариантов, которое легко может достигать 1010000 и более. Поэтому важнейшим фактором прорыва, который произошел в последние полтора десятилетия, стало появление новых алгоритмов, позволяющих значительно упростить и ускорить вычисления.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Надежный рекордсмен Надежный рекордсмен

Сельскохозяйственные тракторы и рекорды «Ростсельмаша»

Популярная механика
В Москве пройдет рэп-фестиваль Rhymes Show В Москве пройдет рэп-фестиваль Rhymes Show

Вторая часть музыкального фестиваля Rhymes Show пройдет 18 августа в Москве

Cosmopolitan
Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика
Не только средство передвижения: 12 примеров остроумной рекламы на автобусах Не только средство передвижения: 12 примеров остроумной рекламы на автобусах

Не все автобусы унылые и безликие. Некоторые — веселые и ликующие!

Maxim
Выход дракона Выход дракона

Впервые в истории лидером по количеству космических запусков станет Китай

Популярная механика
Audi Q3: подход засчитан Audi Q3: подход засчитан

Audi Q3. Достоинства и недостатки первого поколения

АвтоМир
Ракетный маневр Ракетный маневр

С S7 Space связывают надежды на развитие отечественной частной космонавтики

Популярная механика
ПТС стал цифровым ПТС стал цифровым

В России запущена система выдачи электронных паспортов транспортных средств

АвтоМир
Техпарад Техпарад

Новости мира науки

Популярная механика
Покоряются моря Покоряются моря

Телеведущий Иван Чуйков решил показать весь мир своей маме!

OK!
Как спрятать голову в железо Как спрятать голову в железо

История доспехов в европейском Средневековье и технология воссоздания в наши дни

Популярная механика
5 лучших упражнений, чтобы иметь спину, как у Геракла 5 лучших упражнений, чтобы иметь спину, как у Геракла

5 лучших упражнений, чтобы иметь спину, как у Геракла

Playboy
Ударные стройки науки Ударные стройки науки

Национальный научный фонд (NSF) опубликовал детальную статистику за 2016 год

Популярная механика
Два отца: кто главный? Два отца: кто главный?

Как выстроить отношения ребенка, отца и отчима

Лиза
Портрет генами Портрет генами

ДНК-фенотипирование позволит восстановить облик преступника по его генам

Популярная механика
Как выглядит хабуб: фото и видео из Аризоны Как выглядит хабуб: фото и видео из Аризоны

В Аризоне продолжается сезон хабубов

National Geographic
Картонная инженерия Даниеля Агдага Картонная инженерия Даниеля Агдага

Австралийский художник Даниель Агдаг делает скульптуры из картона

Популярная механика
Дом вверх дном Дом вверх дном

Дом на западе Москвы с использованием самых сумасшедших идей

AD
Кто спасет МКС Кто спасет МКС

МКС может завершить работу через шесть лет. Что будет дальше?

Популярная механика
Самый большой десантный корабль на воздушной подушке Самый большой десантный корабль на воздушной подушке

«Зубр» является самым большим в мире десантным кораблем на воздушной подушке

Популярная механика
Яндекс.Станция Яндекс.Станция

Вот уже неделю Яндекс.Станция живет у меня дома

Популярная механика
Оставайся, мальчик, с нами Оставайся, мальчик, с нами

Стоит ли русским родителям бояться отдавать детей в английские пансионы

Tatler
Прививка или смерть Прививка или смерть

Создание эффективной вакцины против ВИЧ заняло почти 40 лет

Популярная механика
Посланница МИДа. Что известно об австрийском дипломате, чью свадьбу посетит Путин Посланница МИДа. Что известно об австрийском дипломате, чью свадьбу посетит Путин

Как складывалась карьера главы МИД Австрии Карин Кнайсль

Forbes
Очень сложная игра Очень сложная игра

Первая полезная компьютерная игра

Популярная механика
На грани нервного срыва На грани нервного срыва

С такой ситуацией мир еще не сталкивался

Огонёк
Как победить хищника? Как победить хищника?

Навыки выживания, необходимые для победы над расой идеальных охотников

Популярная механика
Контакт | Разговор с создателями мультсериала «Город героев: Новая история» Контакт | Разговор с создателями мультсериала «Город героев: Новая история»

Разговор с создателями мультсериала «Город героев: Новая история»

Мир Фантастики
Живые огни Живые огни

К растительным настольным лампам и деревьям-фонарям ведет несколько путей

Популярная механика
Iron Gate Hotel: машина времени в центре Праги Iron Gate Hotel: машина времени в центре Праги

В отеле Iron Gate Hotel & Suites вам откроются роскошные средневековые интерьеры

National Geographic
Открыть в приложении