研究人員開發出預測超硬和磁性材料的新方法

Skoltech的研究人員為在所有可能的化學元素組合中尋找具有所需特性的材料提供了新的解決方案。這些組合實際上是無窮無盡的，每個組合都有無限可能的晶體結構。在實驗或計算機模擬中測試它們并做出*佳選擇（例如，*堅硬的化合物）是不可行的。Skoltech的教授Artem R. Oganov和他的博士生Zahed Allahyari開發的計算方法解決了這一理論材料科學的關鍵問題。Oganov和Allahyari在MendS代碼中表達了他們的方法（Mendelevian Search），并在超硬和磁性材料上進行了測試。

“ 2006年，我們開發了一種算法，可以預測給定化學元素固定組合的晶體結構。然后，我們通過教它無需特定組合就可以工作來提高其預測能力。因此，一次計算即可為您提供給定元素及其各自晶體結構的所有穩定化合物。新方法解決了一個更加艱巨的任務：在這里，我們既不選擇*的化合物，也不選擇特定的化學元素；相反，我們在考慮所有可能的晶體結構的情況下搜索所有化學元素的所有可能組合，并找到具有所需的特性（例如，*高的硬度或*高的磁化強度）”，Skoltech和MIPT的教授——Artem Oganov說道。

研究人員首先發現，可以建立一個抽象的化學空間，以便在該空間中彼此靠近的化合物具有相似的特性。因此，所有具有特殊屬性的材料（例如，超硬材料）都將聚集在某些區域，并且進化算法對于找到*佳材料特別有效。Mendelevian搜索算法通過雙重進化搜索進行：對于化學空間中的每個點，它尋找*佳的晶體結構，同時這些發現的化合物彼此競爭，進行配位并突變，從而自然選擇出*佳的一個。

為了測試這種新方法的功效，科學家們給計算機賦予了一項任務，即尋找*堅硬材料的成分和結構。*終，他們的算法返回到了金剛石，這使得追求比金剛石更硬的材料成為死胡同。此外，該算法還預測了幾十個硬相和超硬相材料，包括大多數已知材料和幾種全新材料。

這種方法可以加快尋找超硬材料的速度，并帶來新的技術突破。擁有了這些材料的科學家可以創造出全新的技術，或者提高舊技術的效率和可用性。

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