Una nuova ricerca 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.
La struttura atomistica del materiale cristallino granato corrisponde al cratere sulla superficie dell’energia potenziale piena di aspre montagne, colline e valli. Trovarlo computazionalmente è molto difficile, ma fissando una mesh su questa superficie, è possibile utilizzare algoritmi avanzati e computer quantistici per trovare il vertice più basso. Un successivo ritocco rivela la struttura del granato, che viene fornita con la garanzia di ottimalità. Credito immagine: Università di Liverpool
Pubblicato sulla rivista Naturai ricercatori di Liverpool hanno dimostrato che un algoritmo matematico può garantire di prevedere la struttura di qualsiasi materiale basandosi solo sulla conoscenza degli atomi che lo compongono.
Sviluppato da un team interdisciplinare di ricercatori dei Dipartimenti di Chimica e Informatica dell’Università di Liverpool, l’algoritmo valuta sistematicamente interi insiemi di possibili strutture contemporaneamente, anziché considerarle una alla volta, per accelerare l’identificazione della soluzione corretta.
Questa svolta consente di identificare i materiali che possono essere realizzati e, in molti casi, di prevederne le proprietà. Il nuovo metodo è stato dimostrato su computer quantistici che hanno il potenziale per risolvere molti problemi più velocemente dei computer classici e possono quindi velocizzare ulteriormente i calcoli.
Il nostro stile di vita dipende dai materiali – “tutto è fatto di qualcosa”. Sono necessari nuovi materiali per affrontare la sfida dello zero netto, dalle batterie e dagli assorbitori solari per l’energia pulita alla fornitura di computer a bassa energia e ai catalizzatori che renderanno i polimeri e i prodotti chimici puliti per il nostro futuro sostenibile.
Questa ricerca è lenta e difficile perché ci sono così tanti modi in cui gli atomi potrebbero essere combinati per creare materiali, e in particolare così tante strutture che potrebbero formarsi. Inoltre, è probabile che i materiali con proprietà trasformative abbiano strutture diverse da quelle conosciute oggi, e prevedere una struttura di cui non si sa nulla è una tremenda sfida scientifica.
Il professor Matt Rosseinskydel Dipartimento di Chimica e Fabbrica dell’Innovazione dei Materiali dell’Università, ha affermato: “Avere la certezza nella previsione delle strutture cristalline offre ora l’opportunità di identificare dall’intero spazio della chimica esattamente quali materiali possono essere sintetizzati e le strutture che adotteranno , dandoci per la prima volta la possibilità di definire la piattaforma per le tecnologie future.
“Con questo nuovo strumento, saremo in grado di definire come utilizzare quegli elementi chimici che sono ampiamente disponibili e iniziare a creare materiali per sostituire quelli basati su elementi scarsi o tossici, nonché trovare materiali che superano quelli su cui facciamo affidamento oggi , affrontando le sfide future di una società sostenibile”.
Professor Paolo Spirakis, del Dipartimento di Informatica dell’Università, ha dichiarato: “Siamo riusciti a fornire un algoritmo generale per la previsione della struttura cristallina che può essere applicato a una varietà di strutture. L’accoppiamento della minimizzazione locale alla programmazione intera ci ha permesso di esplorare le posizioni atomiche sconosciute nello spazio continuo utilizzando metodi di ottimizzazione forte in uno spazio discreto.
“Il nostro obiettivo è esplorare e utilizzare più idee algoritmiche nella bella avventura di scoprire materiali nuovi e utili. Unire gli sforzi di chimici e informatici è stata la chiave di questo successo”.
Fonte: Università di Liverpool
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
