Os pesquisadores da Skoltech ofereceram uma solução para o problema de busca de materiais com as propriedades necessárias entre todas as combinações possíveis de elementos químicos. Essas combinações são virtualmente infinitas, e cada um tem uma infinidade de estruturas de cristal possíveis; não é viável testá-los todos e escolher a melhor opção (por exemplo, o composto mais duro) em um experimento ou in silico. O método computacional desenvolvido pelo professor Skoltech Artem R. Oganov e seu Ph.D. O aluno Zahed Allahyari resolve este grande problema da ciência dos materiais teóricos. Oganov e Allahyari apresentaram seu método no código MendS (significa Mendelevian Search) e o testaram em materiais superduros e magnéticos.

"Em 2006, desenvolvemos um algoritmo que pode prever a estrutura cristalina de uma determinada combinação fixa de elementos químicos. Em seguida, aumentamos seus poderes de previsão ensinando-o a funcionar sem uma combinação específica - de modo que um cálculo forneceria todos os compostos estáveis ​​de determinados elementos e suas respectivas estruturas cristalinas. O novo método aborda uma tarefa muito mais ambiciosa:aqui, não escolhemos um composto preciso nem mesmo elementos químicos específicos - em vez disso, pesquisamos todas as combinações possíveis de todos os elementos químicos, levando em consideração todas as estruturas cristalinas possíveis, e encontrar aqueles que têm as propriedades necessárias (por exemplo, maior dureza ou maior magnetização) ", diz Artem Oganov, Skoltech e professor MIPT, Membro da Royal Society of Chemistry e membro da Academia Europaea.

Os pesquisadores primeiro determinaram que era possível construir um espaço químico abstrato de forma que compostos que estariam próximos uns dos outros neste espaço tivessem propriedades semelhantes. Assim, todos os materiais com propriedades peculiares (por exemplo, materiais superduros) serão agrupados em certas áreas, e algoritmos evolutivos serão particularmente eficazes para encontrar o melhor material. O algoritmo de pesquisa Mendelevian executa uma pesquisa evolutiva dupla:para cada ponto no espaço químico, procura a melhor estrutura cristalina, e, ao mesmo tempo, esses compostos encontrados competem entre si, acasalar e se transformar em uma seleção natural do melhor.

Para testar a eficácia do novo método, os cientistas deram à sua máquina a tarefa de encontrar a composição e a estrutura do material mais duro. Seu algoritmo retornou diamante, o que torna a busca por materiais mais difícil do que o diamante um beco sem saída. Além disso, o algoritmo também previu várias dezenas de fases duras e superduras, incluindo a maioria dos materiais já conhecidos e vários outros completamente novos.

Este método pode acelerar a busca por materiais recordes e inaugurar novos avanços tecnológicos. Equipado com esses materiais, os cientistas podem criar novas tecnologias ou aumentar a eficiência e disponibilidade das antigas.