Simulace „praskání“ krystalové struktury

Predikce otevírá nové možnosti aplikace

Krystal uhličitanu vápenatého DOE
číst nahlas

Pomocí speciálně vyvinutého algoritmu byli vědci schopni predikovat strukturu krystalové mřížky bez začlenění experimentálních dat. Tento průlom v čištění krystalických struktur otevírá dveře aplikacím ve farmacii, výrobě velmi tvrdých materiálů a zkoumání geofyzikálních procesů v Zemi.

Doposud nebylo možné předpovědět krystalové struktury pomocí počítače za rozumnou cenu počítačového výkonu a finančních zdrojů. Takže i pro krystaly s relativně malým počtem atomů na jednotku buňky existuje nespočet strukturních možností. Nyní Artem Oganov z Laboratoře pro krystalografii na ETH v Curychu společně se studentem ETH Colin Glassem uspěl ve vývoji nové simulační metody. To umožňuje rychle a spolehlivě předpovídat krystalové struktury.

Metoda využívá software vyvinutý dvěma vědci na základě tzv. Evolučního algoritmu. Tím se vypočítají krystalové struktury za daných teplotních a tlakových podmínek, aniž by se počítač musel předem napájet experimentálními daty.

Nová fakturační metoda generuje a vyhodnocuje struktury. Špatné jsou tedy odfiltrovány a ty dobré se používají k vytváření nových struktur. Nakonec je na konci výpočtu krystalová struktura, která je za daných podmínek stabilní. Tato metoda je rychlejší a spolehlivější než kterákoli z předchozích metod. Jejich potenciál spočívá v tom, že vyžadují mnohem menší kapacitu počítače a mohou uvažovat více atomů na krystalovou jednotku.

Díky této nové simulační metodě byl Artem Oganov schopen předpovědět v krátké době krystalickou strukturu vápna (uhličitan vápenatý, CaCO3) za extrémních podmínek převládajících ve vnitrozemí Země. Při vysokém tlaku a vysokých teplotách se vápno stává aragonitem. S rostoucím tlakem se struktura tohoto minerálu mění na post-aragonit, jehož struktura nebyla předpovězena. zobrazit

Výzkumník ETH v Curychu byl schopen tuto mezeru ve znalostech uzavřít novou metodou. Výsledky výzkumu budou zveřejněny na konci roku 2005 v „Zemských a planetárních vědeckých dopisech“. Predikci krystalických struktur lze v budoucnu využít ve farmacii nebo při výrobě zvláště tvrdých materiálů. Dva vědci z ETH v Curychu již pracují na zdokonalení algoritmu, aby mohli v budoucnu předpovídat struktury se stovkami nebo dokonce tisíci atomů na jednotku buňky.

(ETH Curych, 23. prosince 2005 - NPO)