La svolta computazionale apre la strada ai materiali verso tecnologie sostenibili

L’algoritmo matematico sviluppato dai ricercatori dell’Università di Liverpool potrebbe segnare un cambio di passo nella ricerca per progettare i nuovi materiali necessari per affrontare la sfida dello zero netto e di un futuro sostenibile.

Una nuova ricerca dell’Università di Liverpool potrebbe segnare un cambiamento radicale nella ricerca per progettare i nuovi materiali necessari per affrontare la sfida di un futuro sostenibile e zero net.

Pubblicazione sulla rivista naturai ricercatori di Liverpool hanno dimostrato che un algoritmo matematico può prevedere la struttura di qualsiasi materiale in base alla conoscenza degli atomi che lo compongono.

Sviluppato da un team multidisciplinare di ricercatori dei Dipartimenti di Chimica e Informatica dell’Università di Liverpool, l’algoritmo valuta sistematicamente interi gruppi di possibili strutture contemporaneamente, anziché considerarle una per una, per velocizzare l’identificazione della soluzione corretta.

Questa svolta consente di identificare i materiali che possono essere sintetizzati e, in molti casi, di prevederne le proprietà. Il nuovo metodo è stato mostrato su computer quantistici che hanno la capacità di risolvere molti problemi più velocemente dei computer convenzionali e possono quindi accelerare ulteriormente i processi computazionali.

Il nostro stile di vita si basa sui materiali: “tutto è fatto di qualcosa”. Sono necessari nuovi materiali per affrontare la sfida dello zero netto, dalle batterie e dagli assorbitori solari per fornire energia pulita alla potenza di calcolo a bassa potenza e ai catalizzatori che renderanno i polimeri e i prodotti chimici puliti del nostro futuro sostenibile.

Questa ricerca è lenta e difficile perché ci sono tanti modi in cui gli atomi possono combinarsi per formare materiali, e in particolare tante strutture che possono formare. Inoltre, è probabile che i materiali con proprietà metamorfiche abbiano strutture diverse da quelle conosciute oggi, e prevedere una struttura di cui non si sa nulla è un’enorme sfida scientifica.

Il professor Matt Roscinski, del Dipartimento di Chimica e Fabbrica di innovazione dei materiali dell’Università, ha dichiarato: “Avere la certezza nella previsione delle strutture cristalline offre ora l’opportunità di apprendere dall’intero spazio della chimica esattamente quali materiali possono essere sintetizzati e da quali strutture dipenderanno, dandoci per la prima volta la possibilità di identificare il sistema sottostante per le tecnologie future.

“Con questo nuovo strumento, saremo in grado di identificare come utilizzare elementi chimici ampiamente disponibili e iniziare a creare materiali per sostituire quelli basati su elementi rari o tossici, oltre a trovare materiali che superano quelli su cui facciamo affidamento oggi, per soddisfare sfide future per la società.” sostenibile.”

Il professor Paul Spirakis, del Dipartimento di Informatica dell’Università, ha dichiarato: “Siamo stati in grado di fornire un algoritmo generale per la previsione della struttura cristallina che può essere applicato a una varietà di strutture. L’accoppiamento della miniaturizzazione locale alla programmazione intera ci ha permesso di esplorare posizioni atomiche sconosciute nello spazio continuo utilizzando robusti metodi di ottimizzazione.” in uno spazio separato.

Il nostro obiettivo è esplorare e utilizzare più idee di algoritmi in una bella avventura per scoprire materiale nuovo e utile. Unire le forze con chimici e informatici è stata la chiave di questo successo”.

Il documento “Optimality Guarantees for Crystal Structure Prediction” è stato pubblicato il 5 luglio sulla rivista natura.

Riferimento: “Optimal Guarantees for Crystal Structure Prediction” di Vladimir F. Rosinski, 5 luglio 2023, disponibile qui. natura.
DOI: 10.1038/s41586-023-06071-y

Il gruppo di ricerca comprende ricercatori dei dipartimenti di informatica e chimica dell’Università di Liverpool, della Materials Innovation Factory e del Leverhulme Research Center for Functional Materials Design, che è stato istituito per sviluppare nuovi approcci alla progettazione di materiali funzionali a livello atomico attraverso molteplici discipline. ricerca.

Questo progetto ha ricevuto finanziamenti dal Leverhulme Trust e dalla Royal Society.