Ubunifu wa kompyuta wa nyenzo mpya. Artem Oganov

- Wacha tuelewe muundo wa kompyuta wa nyenzo mpya. Kwanza kabisa, ni nini? Eneo la maarifa? Wazo na mbinu hii hutokea lini?

- Eneo hili ni jipya kabisa, lina miaka michache tu. Ubunifu wa kompyuta wa nyenzo mpya yenyewe imekuwa ndoto ya watafiti, wanateknolojia, na wanasayansi wa kimsingi kwa miongo mingi. Kwa sababu mchakato wa kugundua nyenzo mpya na mali unayohitaji kawaida huchukua miaka mingi au hata miongo ya kazi na taasisi nzima na maabara. Huu ni mchakato wa gharama kubwa sana na unaweza kukata tamaa mwishoni. Hiyo ni, sio kila wakati unaweza kuunda nyenzo kama hizo. Lakini hata unapofikia mafanikio, mafanikio yanaweza kuhitaji miaka ya kazi. Hii haifai sisi hata kidogo sasa tunataka kuvumbua nyenzo mpya, teknolojia mpya haraka iwezekanavyo.

- Je, unaweza kutoa mfano wa nyenzo ambayo haiwezi kuvumbuliwa au haiwezi kuvumbuliwa?

- Ndiyo, hakika. Kwa mfano, kwa miongo mingi watu wamekuwa wakijaribu kupata nyenzo ngumu zaidi kuliko almasi. Kumekuwa na mamia ya machapisho juu ya mada hii. Katika baadhi yao, watu walidai kwamba nyenzo ngumu zaidi kuliko almasi ilikuwa imepatikana, lakini basi bila shaka, baada ya muda fulani (kawaida sio sana), madai haya yalikanushwa, na ikawa ni udanganyifu. Hadi sasa, hakuna nyenzo hizo zimepatikana, na ni wazi kabisa kwa nini. Kwa kutumia mbinu zetu, tuliweza kuonyesha kwamba hii kimsingi haiwezekani, kwa hiyo hakuna maana hata kupoteza muda.

- Na ikiwa utajaribu kuelezea tu, kwa nini sivyo?

- Mali kama vile ugumu ina kikomo cha mwisho kwa nyenzo yoyote. Ikiwa tutachukua nyenzo zote ambazo tunaweza kuchukua, zinageuka kuwa kuna aina fulani ya kikomo cha juu cha kimataifa. Inatokea kwamba kikomo hiki cha juu kinalingana na almasi. Kwa nini diamond? Kwa sababu katika muundo huu hali kadhaa hukutana wakati huo huo: vifungo vya kemikali vikali sana, wiani mkubwa sana wa vifungo hivi vya kemikali, na husambazwa sawasawa katika nafasi. Hakuna mwelekeo mmoja ambao ni mgumu zaidi kuliko mwingine, ni kwa pande zote dutu ngumu sana. Grafiti sawa, kwa mfano, ina vifungo vyenye nguvu zaidi kuliko almasi, lakini vifungo hivi vyote viko katika ndege moja, na vifungo dhaifu sana vinaingiliana kati ya ndege, na mwelekeo huu dhaifu hufanya kioo nzima kuwa laini.

- Njia hiyo ilikuaje na wanasayansi walijaribuje kuiboresha?

- Edison mkuu alisema, kwa maoni yangu, kuhusiana na uvumbuzi wake wa balbu ya incandescent: "Sijashindwa mara elfu kumi, lakini nimepata njia elfu kumi tu ambazo hazifanyi kazi." Huu ni mtindo wa kitamaduni wa kutafuta nyenzo mpya, ambayo inaitwa Edisonian katika fasihi ya kisayansi. Na, bila shaka, watu daima walitaka kuondoka kutoka kwa njia hii, kwa sababu inahitaji bahati ya nadra ya Edisoni na uvumilivu wa Edison. Na muda mwingi, pamoja na pesa. Njia hii sio ya kisayansi sana, ni "poke" ya kisayansi. Na watu daima walitaka kuondoka kutoka kwa hili. Kompyuta zilipoibuka na zikaanza kusuluhisha shida ngumu zaidi au chini, swali liliibuka mara moja: "Je, inawezekana kutatua mchanganyiko huu wote wa hali tofauti, halijoto, shinikizo, uwezo wa kemikali, muundo wa kemikali kwenye kompyuta badala ya kuifanya kwa kutumia kompyuta. maabara?” Mwanzoni, matumaini yalikuwa makubwa sana. Watu waliangalia hii kwa matumaini na kwa furaha, lakini hivi karibuni ndoto hizi zote zilivunjwa na maisha ya kila siku. Kwa njia ambazo watu walijaribu kutatua tatizo, hakuna kitu kinachoweza kupatikana kwa kanuni.

- Kwa nini?

- Kwa sababu kuna chaguzi nyingi sana za mpangilio tofauti wa atomi katika muundo wa fuwele, na kila moja yao itakuwa na mali tofauti kabisa. Kwa mfano, almasi na grafiti ni dutu sawa, lakini kutokana na ukweli kwamba muundo ni tofauti, mali zao ni tofauti sana. Kwa hiyo kunaweza kuwa na idadi isiyo na kipimo ya chaguo tofauti ambazo hutofautiana na almasi na grafiti. Unaanzia wapi? Utaacha wapi? Je, hii itadumu kwa muda gani? Na ikiwa pia utaanzisha utofauti wa muundo wa kemikali, basi unaweza pia kupata idadi isiyo na kikomo ya nyimbo tofauti za kemikali, na kazi inakuwa ngumu sana. Haraka sana watu waligundua kuwa njia za jadi, za kawaida za kutatua shida hii hazileti chochote. Tamaa hii ilizika kabisa matumaini ya kwanza ambayo watu walikuwa wamethamini tangu miaka ya 60.

- Ubunifu wa kompyuta bado unafikiriwa, au angalau kuhisiwa, kama kitu cha kuona. Kama ninavyoelewa, katika miaka ya 60, 70 au 80 uamuzi huu haukuwa wa kuona, lakini wa hisabati, ambayo ni, ilikuwa hesabu ya haraka, hesabu.

- Kama unavyoelewa, unapopata nambari kwenye kompyuta, unaweza kuziona kila wakati, lakini sio hivyo tu.

- Kwa ujumla, hii ni swali tu la utayari wa teknolojia kufanya hivi.

- Ndiyo. Kuhesabu nambari ni msingi, kwa sababu kutoka kwa nambari unaweza kutengeneza picha kila wakati, na kutoka kwa picha, nambari, labda, pia, ingawa sio sahihi sana. Kulikuwa na idadi ya machapisho maarufu kutoka katikati ya miaka ya 80 hadi katikati ya miaka ya 90 ambayo hatimaye yaliingiza tamaa katika uwanja wetu. Kwa mfano, kulikuwa na kichapo kizuri sana ambacho kilisema kwamba hata vitu rahisi kama grafiti au barafu haiwezekani kabisa kutabiri. Au kulikuwa na makala iliyoitwa “Je, Miundo ya Kioo Inatabirika,” na neno la kwanza la makala hiyo lilikuwa “hapana.”

- "Kutabirika" inamaanisha nini?

- Kazi ya kutabiri muundo wa kioo ni msingi wa uwanja mzima wa kubuni wa vifaa vipya. Kwa kuwa muundo huamua mali ya dutu, ili kutabiri dutu na mali zinazohitajika, ni muhimu kutabiri muundo na muundo. Shida ya kutabiri muundo wa fuwele inaweza kutengenezwa kama ifuatavyo: tuseme kwamba tumeelezea muundo wa kemikali, tuseme kuwa umewekwa, kwa mfano kaboni. Je, ni aina gani ya kaboni iliyo imara zaidi chini ya hali fulani? Chini ya hali ya kawaida, tunajua jibu - itakuwa grafiti; kwa shinikizo kubwa pia tunajua jibu - ni almasi. Lakini kuunda algorithm ambayo inaweza kukupa hii inageuka kuwa kazi ngumu sana. Au unaweza kuunda shida kwa njia tofauti. Kwa mfano, kwa kaboni sawa: ni muundo gani mgumu zaidi unaolingana na muundo huu wa kemikali? Inageuka kuwa almasi. Sasa hebu tuulize swali lingine: ni nini kitakuwa mnene zaidi? Inaonekana kwamba pia ni almasi, lakini sivyo. Inabadilika kuwa aina ya kaboni zaidi kuliko almasi inaweza zuliwa, angalau kwenye kompyuta, na kwa kanuni inaweza kuunganishwa. Kwa kuongezea, kuna aina nyingi za dhahania kama hizo.

- Hata hivyo?

- Hata hivyo. Lakini hakuna kitu ngumu zaidi kuliko almasi. Watu wamejifunza hivi majuzi tu kujibu maswali ya aina hii. Hivi karibuni, algorithms zimeonekana, programu zimeonekana ambazo zinaweza kufanya hivyo. Katika kesi hii, kwa kweli, eneo hili lote la utafiti liliunganishwa na kazi yetu mnamo 2006. Baada ya hayo, watafiti wengine wengi pia walianza kusoma shida hii. Kwa ujumla, bado hatukosa mitende na kuja na mbinu mpya zaidi na zaidi, nyenzo mpya na mpya.

- "Sisi ni nani?

- Huyu ni mimi na wanafunzi wangu, wanafunzi waliohitimu na wasaidizi wa utafiti.

- Ili kuifanya iwe wazi, kwa sababu "sisi" ni polysemantic, katika kesi hii polysemantic, inaweza kutambuliwa kwa njia tofauti. Mapinduzi gani?

"Ukweli ni kwamba watu waligundua kuwa shida hii inahusishwa na shida ngumu ya ujumuishaji, ambayo ni, idadi ya chaguzi ambazo unahitaji kuchagua bora zaidi hazina kikomo. Tatizo hili linawezaje kutatuliwa? Hapana. Hauwezi kumkaribia na kujisikia vizuri. Lakini tumepata njia ambayo tatizo hili linaweza kutatuliwa kwa ufanisi kabisa - njia kulingana na mageuzi. Hii, mtu anaweza kusema, ni njia ya makadirio ya mfululizo, wakati kutoka kwa ufumbuzi dhaifu wa awali, kupitia njia ya uboreshaji mfululizo, tunakuja kwa ufumbuzi zaidi na kamilifu zaidi. Tunaweza kusema kwamba hii ni njia ya akili ya bandia. Akili ya Bandia, ambayo hufanya mawazo kadhaa, hukataa baadhi yao, na hujenga hata zaidi ya kuvutia kutoka kwa miundo na nyimbo zinazokubalika zaidi, zinazovutia zaidi. Hiyo ni, inajifunza kutoka kwa historia yake mwenyewe, ndiyo sababu inaweza kuitwa akili ya bandia.

- Ningependa kuelewa jinsi unavyovumbua, njoo na nyenzo mpya kwa kutumia mfano maalum.

- Hebu tujaribu kuelezea hili kwa kutumia mfano wa kaboni. Unataka kutabiri ni aina gani ya kaboni ni ngumu zaidi. Idadi ndogo ya miundo ya kaboni ya nasibu imetajwa. Baadhi ya miundo itajumuisha molekuli tofauti, kama fullerenes; miundo mingine itajumuisha tabaka, kama grafiti; baadhi yatajumuisha minyororo ya kaboni, kinachojulikana kama carbines; zingine zitaunganishwa kwa pande tatu, kama almasi (lakini sio almasi tu, kuna miundo mingi kama hii). Kwanza unazalisha aina hizi za miundo nasibu, kisha unafanya uboreshaji wa ndani, au kile tunachoita "kupumzika." Hiyo ni, unasonga atomi hadi nguvu inayotokana na atomi ni sifuri, mpaka mikazo yote katika muundo itatoweka, hadi ifikie fomu yake bora au kupata sura yake bora ya ndani. Na kwa muundo huu unahesabu mali, kama vile ugumu. Hebu tuangalie ugumu wa fullerenes. Kuna vifungo vikali, lakini tu ndani ya molekuli. Molekuli zenyewe zimeunganishwa dhaifu sana kwa kila mmoja, kwa sababu ya hii ugumu ni karibu sifuri. Angalia grafiti - hadithi sawa: vifungo vikali ndani ya safu, dhaifu kati ya tabaka, na matokeo yake dutu hii hutengana kwa urahisi sana, ugumu wake utakuwa chini sana. Dutu kama vile fullerenes au carbines, au grafiti, zitakuwa laini sana, na tunazikataa mara moja. Miundo ya kaboni iliyobaki imeunganishwa kwa pande tatu, ina vifungo vikali katika vipimo vyote vitatu; Je, inaonekana kama nini? Tunachukua muundo mmoja, kuchukua muundo mwingine, kukata vipande vyao, kuziweka pamoja, kama katika seti ya ujenzi, na kupumzika tena, yaani, tunatoa fursa kwa mvutano wote kwenda. Kuna mabadiliko - hii ni njia nyingine ya kuzalisha watoto kutoka kwa wazazi. Tunachukua moja ya miundo ngumu zaidi na kuibadilisha, kwa mfano, tunaweka mkazo mkubwa wa shear ili vifungo vingine vipasuke tu, na vingine vipya vinaundwa. Au tunahamisha atomi katika mwelekeo dhaifu wa muundo ili kuondoa udhaifu huu kutoka kwa mfumo. Tunapumzika miundo yote inayozalishwa kwa njia hii, yaani, tunaondoa matatizo ya ndani, na baada ya hayo tunatathmini mali tena. Inatokea kwamba tulichukua muundo mgumu, tukaibadilisha, na ikawa laini, ikageuka, sema, grafiti. Tunaondoa mara moja muundo kama huo. Na kutoka kwa wale ambao ni ngumu, tunazaa tena "watoto." Na kwa hivyo tunarudia hatua kwa hatua, kizazi baada ya kizazi. Na haraka ya kutosha tunakuja kwa almasi.

- Wakati huo huo, wakati tunapokataa, kulinganisha, kuunganisha na kubadilisha muundo hufanywa na akili ya bandia, na mpango? Si binadamu?

- Mpango hufanya hivi. Ikiwa tungefanya hivi, tungeishia Kashchenko, kwa sababu hii ni idadi kubwa ya shughuli ambazo mtu haitaji kufanya na kwa sababu za kisayansi kabisa. Unaelewa, mtu huzaliwa, huchukua uzoefu kutoka kwa ulimwengu unaomzunguka, na kwa uzoefu huu huja aina ya ubaguzi. Tunaona muundo wa ulinganifu - tunasema: "Hii ni nzuri"; tunaona asymmetrical - tunasema: "Hii ni mbaya." Lakini kwa asili, wakati mwingine kinyume chake hutokea. Mbinu yetu lazima iwe huru kutoka kwa ubinafsi na ubaguzi wa kibinadamu.

- Je! ninaelewa kwa usahihi kutoka kwa yale uliyoelezea kwamba, kimsingi, kazi hii haijaundwa sana na sayansi ya kimsingi, lakini kwa kutatua shida maalum zilizowekwa na kampuni fulani ya kawaida ya kimataifa? Kwa hiyo tunahitaji saruji mpya ili iwe zaidi ya viscous, denser au, kinyume chake, kioevu zaidi, na kadhalika.

- Hapana kabisa. Kwa kweli, elimu yangu ilitokana na sayansi ya kimsingi; Sasa nina nia ya kusuluhisha shida zinazotumika, haswa kwa kuwa mbinu niliyovumbua inatumika kwa shida muhimu zaidi zinazotumika za anuwai kubwa sana. Lakini mwanzoni njia hii ilizuliwa kutatua matatizo ya kimsingi.

- Ni aina gani?

- Nimekuwa nikisoma fizikia na kemia ya shinikizo la juu kwa muda mrefu. Hili ni eneo ambalo uvumbuzi mwingi wa kuvutia umefanywa kwa majaribio. Lakini majaribio ni magumu, na mara nyingi matokeo ya majaribio yanageuka kuwa sio sahihi baada ya muda. Majaribio ni ghali na yanahitaji nguvu kazi kubwa.

- Toa mfano.

- Kwa mfano, kwa muda mrefu kulikuwa na mbio kati ya wanasayansi wa Soviet na Amerika: nani angepata hidrojeni ya kwanza ya metali chini ya shinikizo. Kisha ikawa, kwa mfano, kwamba vipengele vingi rahisi chini ya shinikizo huwa (hii ni mabadiliko ya alchemical) chuma cha mpito. Kwa mfano, unachukua potasiamu: potasiamu ina s-electron moja tu kwenye shell yake ya valence, hivyo chini ya shinikizo inakuwa d-element; Obiti ya s imemwagwa na d orbital isiyo na mtu inachukuliwa na elektroni hiyo moja. Na hii ni muhimu sana, kwa sababu potasiamu, kuwa chuma cha mpito, basi hupata fursa ya kuingia, kwa mfano, chuma kioevu. Kwa nini ni muhimu? Kwa sababu sasa tunaamini kwamba potasiamu kwa kiasi kidogo ni sehemu ya msingi wa Dunia na ni chanzo cha joto huko. Ukweli ni kwamba moja ya isotopu za potasiamu (radioactive potassium-40) ni mojawapo ya wazalishaji wakuu wa joto duniani leo. Ikiwa potasiamu haiingii msingi wa Dunia, basi tunapaswa kubadilisha kabisa uelewa wetu wa umri wa maisha duniani, umri wa shamba la magnetic, historia ya msingi wa Dunia na mambo mengine mengi ya kuvutia. Hapa kuna mabadiliko ya alkemikali - s-vipengele vinakuwa vipengee vya d. Kwa shinikizo la juu, unapokandamiza jambo, nishati unayotumia kwenye compression mapema au baadaye itazidi nishati ya vifungo vya kemikali na nishati ya mabadiliko ya interorbital katika atomi. Na kutokana na hili, unaweza kubadilisha kwa kiasi kikubwa muundo wa elektroniki wa atomi na aina ya dhamana ya kemikali katika dutu yako. Aina mpya kabisa za dutu zinaweza kutokea. Na intuition ya kawaida ya kemikali haifanyi kazi katika matukio hayo, yaani, sheria hizo tunazojifunza kutoka shuleni katika masomo ya kemia, huenda kuzimu wakati shinikizo linafikia maadili makubwa ya kutosha. Ninaweza kukuambia ni aina gani ya mambo ambayo yametabiriwa kwa kutumia njia yetu na kisha kuthibitishwa kwa majaribio. Njia hii ilipoonekana, ilikuja kama mshtuko kwa kila mtu. Moja ya kazi za kuvutia zaidi zilihusiana na kipengele cha sodiamu. Tulitabiri kwamba ikiwa sodiamu itasisitizwa kwa shinikizo la angahewa milioni 2 (kwa njia, shinikizo katikati ya Dunia ni karibu anga milioni 4, na shinikizo kama hilo linaweza kupatikana kwa majaribio), haitakuwa tena chuma. , lakini dielectric, zaidi ya hayo, rangi ya uwazi na nyekundu. Tulipofanya utabiri huu, hakuna aliyetuamini. Jarida la Nature, ambalo tulituma matokeo haya, hata lilikataa kuzingatia nakala hii walisema kuwa haiwezekani kuiamini. Niliwasiliana na wajaribu kutoka kwa kikundi cha Mikhail Eremets, ambao pia waliniambia kuwa haiwezekani kuamini katika hili, lakini kwa heshima wangejaribu kufanya jaribio hilo. Na jaribio hili lilithibitisha kabisa utabiri wetu. Muundo wa awamu mpya ya kipengele cha boroni umetabiriwa - muundo mgumu zaidi wa kipengele hiki, mojawapo ya vitu vigumu zaidi vinavyojulikana kwa wanadamu. Na ikawa kwamba atomi tofauti za boroni zina malipo tofauti ya umeme, yaani, ghafla huwa tofauti: baadhi ni chaji chanya, baadhi ni chaji hasi. Makala hii ilitajwa karibu mara 200 katika muda wa miaka mitatu tu.

- Ulisema kwamba hii ni kazi ya msingi. Au unasuluhisha shida za kimsingi kwanza na hivi majuzi maswala kadhaa ya vitendo? Hadithi ya sodiamu. Kwa ajili ya nini? Hiyo ni, ulikaa na kukaa na kufikiria nini cha kuchukua - nitachukua sodiamu, labda, na kuiweka kwenye anga milioni 2?

- Sio kwa hakika kwa njia hiyo. Nilipokea ruzuku ya kusoma tabia ya vipengele chini ya shinikizo la juu ili kuelewa vyema kemia ya vipengele. Data ya majaribio chini ya shinikizo la juu bado ni sehemu ndogo, na tuliamua kuchana kwa zaidi au chini ya Jedwali zima la Periodic ili kuelewa jinsi vipengele na kemia yao hubadilika kwa shinikizo. Tumechapisha idadi ya makala, hasa, juu ya asili ya superconductivity katika oksijeni chini ya shinikizo, kwa sababu oksijeni chini ya shinikizo inakuwa superconductor. Kwa idadi ya vipengele vingine: vipengele vya alkali au vipengele vya dunia vya alkali na kadhalika. Lakini jambo la kuvutia zaidi, pengine, lilikuwa ugunduzi wa matukio mapya katika sodiamu na boroni. Labda hizi ndizo vipengele viwili vilivyotushangaza zaidi. Hivi ndivyo tulivyoanza. Na sasa tumehamia kutatua matatizo ya vitendo tunashirikiana na makampuni kama vile Intel, Samsung, Fujitsu, Toyota, Sony. Toyota, kama ninavyojua, hivi karibuni imevumbua nyenzo mpya kwa betri za lithiamu kwa kutumia njia yetu na itazindua nyenzo hii kwenye soko.

- Walichukua njia yako, wakachukua teknolojia ya kutafuta vifaa, lakini sio wewe?

- Ndiyo, hakika. Hatujitwiki kama mzigo, lakini jaribu kusaidia watafiti wote. Mpango wetu unapatikana kwa yeyote anayetaka kuutumia. Makampuni yanahitaji kulipa kitu kwa haki ya kutumia programu. Na wanasayansi wanaofanya kazi katika sayansi ya kitaaluma huipokea bila malipo kwa kuipakua kutoka kwa tovuti yetu. Programu yetu tayari ina karibu watumiaji elfu 2 kote ulimwenguni. Na ninafurahi sana ninapoona kwamba watumiaji wetu wanapata kitu kizuri. Mimi na kikundi changu tuna zaidi ya kutosha ya uvumbuzi wetu wenyewe, kazi zetu wenyewe, maarifa yetu wenyewe. Tunapoona kitu kimoja katika vikundi vingine, hutufanya tuwe na furaha.

Nyenzo hiyo ilitayarishwa kwa msingi wa matangazo ya redio ya PostNauka kwenye redio ya Huduma ya Habari ya Urusi.

1. 1. Muundo wa kompyuta wa vifaa vipya: ndoto au ukweli? Artem Oganov (ARO) (1) Idara ya Jiosayansi (2) Idara ya Fizikia na Astronomia (3) Kituo cha New York cha Chuo Kikuu cha Jimbo la Sayansi ya Kompyuta cha New York, Stony Brook, NY 11794-2100 (4) Chuo Kikuu cha Jimbo la Moscow, Moscow, 119992, Urusi.
2. 2. Muundo wa maada: atomi, molekuli Wahenga walikisia kwamba maada ina chembe chembe: “wakati Yeye (Mungu) alikuwa bado hajaiumba dunia, wala mashamba, wala chembe za mwanzo za mavumbi ya ulimwengu” (Mithali, 8, 8). :26) (pia - Epicurus, Lucretius Carus , Wahindu wa kale,...) Mnamo 1611, J. Kepler alipendekeza kwamba muundo wa barafu, umbo la vipande vya theluji, huamuliwa na muundo wao wa atomiki.
3. 3. Muundo wa maada: atomi, molekuli, fuwele 1669 - kuzaliwa kwa fuwele: Nicholas Stenon anaunda sheria ya kwanza ya hesabu ya crystallography "Crystallografia ... haina tija, ipo kwa yenyewe tu, haina matokeo ... kutokuwa kweli. inahitajika popote, ilikua ndani yako mwenyewe. Huipa akili uradhi fulani wenye mipaka, na maelezo yake ni tofauti sana hivi kwamba yanaweza kuitwa kuwa hayana mwisho; ndiyo maana inawavutia hata watu bora zaidi kwa ushupavu na kwa muda mrefu sana.” (I.V. Goethe, mtaalamu wa mambo ya fuwele, 1749-1832) Ludwig Boltzmann (1844-1906) ni mwanafizikia mkubwa wa Austria ambaye aliegemeza nadharia zake zote juu ya mawazo kuhusu atomu. Ukosoaji wa atomi ulimpelekea kujiua mwaka wa 1906. Mnamo 1912, nadharia kuhusu muundo wa atomiki wa suala ilithibitishwa na majaribio ya Max von Laue.
4. 4. Muundo ndio msingi wa kuelewa sifa na tabia ya nyenzo (kutoka http://nobelprize.org) Zinc blende ZnS. Moja ya miundo ya kwanza kutatuliwa na Braggs mwaka wa 1913. Mshangao: hakuna molekuli NO ZnS katika muundo!
5. 5. Mchanganuo wa X-ray ndiyo njia kuu ya uamuzi wa majaribio wa muundo wa muundo wa fuwele muundo wa Diffraction
6. 6. Uhusiano kati ya muundo na muundo wa diffraction Je, mifumo ya utengano wa "miundo" hii itakuwa nini?
7. 7. Ushindi wa majaribio - uamuzi wa miundo changamani ya fuwele Awamu zisizolingana Quasicrystals of elements Protini (Rb-IV, U.Schwarz’99) Hali mpya iliyogunduliwa mwaka wa 1982. Ilipatikana katika asili pekee mwaka wa 2009! Tuzo la Nobel 2011!
8. 8. Majimbo ya Crystalline Quasicrystalline Amorphous Liquid Gesi (“Suala laini” – polima, fuwele za kioevu)
9. 9. Muundo wa atomiki ni sifa muhimu zaidi ya dutu. Kuijua, mtu anaweza kutabiri mali ya nyenzo na muundo wake wa Nadharia Exp. C11 493 482 C22 546 537 C33 470 485 C12 142 144 C13 146 147 C23 160 146 C44 212 204 C55 186 186 Elastic constants 36 perov4 C M4 Skio9
10. 10. Hadithi kadhaa 4. Nyenzo za mambo ya ndani ya dunia 3. Nyenzo kutoka kwa kompyuta 2. Je, inawezekana kutabiri zile za fuwele? Juu ya uhusiano kati ya muundo, muundo na mali
11. 11. Kwa nini barafu ni nyepesi kuliko maji? Uwepo wa njia hizi tupu hufanya barafu kuwa nyepesi kuliko barafu.
12. 12. Maji ya gesi (clathrates) - barafu iliyojaa molekuli za wageni (methane, dioksidi kaboni, klorini, xenon, nk) Idadi ya machapisho kwenye clathrates Amana kubwa ya hidrati ya methane - matumaini na wokovu kwa sekta ya nishati? Chini ya shinikizo la chini, methane na dioksidi kaboni huunda clathrates - lita 1 ya clathrate ina lita 168 za gesi! Hidrati ya methane inaonekana kama barafu, lakini huwaka ili kutoa maji. CO2 hidrati - aina ya mazishi ya dioksidi kaboni? Utaratibu wa anesthesia ya xenon ni uundaji wa Xe-hydrate, ambayo huzuia upitishaji wa ishara za neuronal kwa ubongo (Pauling, 1951)
13. 13. Nyenzo za microporous kwa ajili ya sekta ya kemikali na kusafisha mazingira Zeolite ni aluminosilicates microporous Mgawanyo wa octane na iso-octane kwa zeolite hutumiwa katika maombi ya kemikali. tasnia Mifano ya kihistoria ya sumu ya metali nzito: Qin Shi Huangdi Ivan IV "Ugonjwa wa Kutisha wa Nero (37-68) Kiongozi (259 - 210 BC) (1530-1584) sumu ya kichaa: hatter" uchokozi, shida ya akili.
14. 14. Superconductors mpya na za zamani Jambo hilo liligunduliwa mwaka wa 1911 na Kamerlingh Onnes Nadharia ya superconductivity - 1957 (Bardeen, Cooper, Schrieffer), lakini hakuna nadharia ya superconductors ya juu zaidi ya joto (Bednorz, Muller, 1986)! Sumaku zenye nguvu zaidi (MRI, spectromita za wingi, viongeza kasi vya chembe) Treni za kuelea za sumaku (430 km/h)
15. 15. Mshangao: aina za uchafu wa kaboni 1.14 1 Tc  exp[ ] kB g (E F)V Grafiti iliyopigwa: KC8 (Tc=0.125 K), CaC6 (Tc=11 K). Almasi ya B-doped: Tc=4 K. Doped fullerenes: RbCs2C60 (Tc=33 K) Molekuli ya molekuli Muundo na kuonekana kwa fuwele fullerene C60 fullerite Superconductivity katika fuwele za kikaboni imejulikana tangu 1979 (Bechgaard, 1979).
16. 16. Jinsi nyenzo zinaweza kuokoa au kuharibu Kwa joto la chini, bati hupitia mabadiliko ya awamu - "pigo la bati". 1812 - kulingana na hadithi, msafara wa Napoleon kwenda Urusi ulikufa kwa sababu ya vifungo vya bati kwenye sare zao! 1912 - kifo cha msafara wa nahodha R.F. Scott kwa Ncha ya Kusini, ambayo ilihusishwa na "pigo la bati". Mpito wa agizo la kwanza kwa 13 0C Bati nyeupe: 7.37 g/cm3 Bati la Kijivu: 5.77 g/cm3
17. 17. Aloi za kumbukumbu za umbo 1 2 3 4 1- kabla ya deformation 3- baada ya joto (20°C) (50°C) 2- baada ya deformation 4- baada ya kupoa (20°C) (20°C) Mfano: NiTi ( nitinol ) Maombi: Shunti, viunga vya meno, vifaa vya bomba la mafuta na injini za ndege
18. 18. Miujiza ya mali ya macho Pleochroism (cordierite) - ugunduzi wa Amerika na urambazaji wa Jeshi la Anga la Marekani Birefringence ya mwanga (calcite) Alexandrite athari (chrysoberyl) Chalice ya Lycurgus (glasi yenye nanoparticles)
19. 19. Kuhusu asili ya rangiWavelength, Å Rangi ya Kukamilishana4100 Violet Lemon njano4300 Indigo Manjano4800 Blue Orange5000 Blue-kijani Red5300 Green Purple5600 Lemon njano Violet5800 Indigo Yellow6100 Red Blue-kijani6800 Red Blue-kijani
20. 20. Rangi inategemea mwelekeo (pleochroism). Mfano: cordierite (Mg,Fe)2Al4Si5O18.
21. 21. 2. Utabiri wa miundo ya kioo Oganov A.R., Lyakhov A.O., Valle M. (2011). Jinsi utabiri wa muundo wa fuwele wa mabadiliko unavyofanya kazi - na kwa nini. Acc. Chem. Res. 44, 227-237.
22. 22. J. Maddox (Nature, 1988) Kazi ni kupata kiwango cha chini cha GLOBAL cha nishati ya Natom Variants Time. 1 1 1 sec. Kuhesabu miundo yote haiwezekani: 10 1011 103 yrs. Miaka 20 1025 1017. Miaka 30 1039 1031. Muhtasari wa Mbinu ya USPEX (ARO & Glass, J.Chem.Phys. 2006)
23. 23. Jinsi ya kupata Mlima Everest kwa kutumia mageuzi ya kangaroo? (picha kutoka kwa R. Clegg) Tunapanda kangaroo na kuwaruhusu kuzaliana (haijaonyeshwa kwa sababu za udhibiti).....
24. 24. Jinsi ya kupata Mlima Everest kwa kutumia mageuzi ya kangaroo? (picha kutoka kwa R.Clegg) Aaaargh! Ouch....na mara kwa mara wawindaji huja na kuondoa kangaroo kwenye miinuko ya chini
25. 25.
26. 26. Hesabu za mageuzi "kujifunza mwenyewe" na kuzingatia utafutaji kwenye maeneo ya kuvutia zaidi ya nafasi.
27. 27. Hesabu za mageuzi "kujifunza mwenyewe" na kuzingatia utafutaji kwenye maeneo ya kuvutia zaidi ya nafasi.
28. 28. Hesabu za mageuzi "kujifunza mwenyewe" na kuzingatia utafutaji kwenye maeneo ya kuvutia zaidi ya nafasi.
29. 29. Hesabu za mageuzi "kujifunza mwenyewe" na kuzingatia utafutaji kwenye maeneo ya kuvutia zaidi ya nafasi.
30. 30. Mbinu Mbadala: Utafutaji wa nasibu (Freeman & Catlow, 1992; van Eijck & Kroon, 2000; Pickard & Needs, 2006) Hakuna "kujifunza", hufanya kazi kwa mifumo rahisi tu (hadi atomi 10-12 za Bandia). 1990 ; Schön & Jansen 1996) Hakuna "kujifunza" Metadynamics (Martonak, Laio, Parrinello 2003) Tabu kutafuta katika nafasi iliyopunguzwa Minima hopping (Gödecker 2004) Hutumia historia ya kukokotoa na "kujisomea". Kanuni za kijeni na mageuzi Bush (1995), Woodley (1999) ni mbinu isiyofaa ya fuwele. Deaven & Ho (1995) ni njia bora ya nanoparticles.
31. 31. USPEX(Mtabiri wa Muundo wa Universal: Xtallography ya Mageuzi) (Nasibu) idadi ya watu wa awali Kizazi kipya cha miundo hutolewa tu kutoka kwa miundo bora ya sasa (1) Urithi (3) Kuratibu (2) Mabadiliko ya mabadiliko ya kimiani (4) Ruhusa.
32. 32. Mbinu za ziada - parameta ya kuagiza “Alama ya vidole” ya muundo Kuzaliwa kwa mpangilio kutoka kwa machafuko katika mchakato wa mageuzi [“MUNGU = Jenereta ya Utofauti” © S. Avetisyan] Mpangilio wa eneo – unaonyesha maeneo yenye kasoro.
33. 33. Jaribio: "Nani angekisia kuwa grafiti ni alotropu thabiti ya kaboni kwenye shinikizo la kawaida?" Miundo iliyo na mseto wa chini wa sp3- nishati inaonyesha uchanganyaji wa sp2 kemia ya kaboni sp mseto (carbyne)
34. Mtihani: Awamu za shinikizo la juu pia huzalishwa kwa usahihi100 GPa: almasi ni imara 2000 GPa: awamu ya bc8 ni imara + awamu ya metastable kupatikana, kueleza Metastable bc8 awamu ya silicon "superhard grafiti" inajulikana (Kasper, 1964) (Li, ARO, Ma, na wengine, PRL 2009)
35. 35. Uvumbuzi uliofanywa na USPEX:
36. 36. 3. Nyenzo kutoka kwa kompyuta
37. 37. Ugunduzi wa nyenzo mpya: bado njia ya majaribio ya majaribio na makosa "Sijapata kushindwa (elfu kumi), lakini niligundua tu njia 10,000 ambazo hazikufanya kazi" (T. A. Edison)
38. 38. Tafuta dutu mnene zaidi: je, marekebisho ya kaboni deser kuliko almasi inawezekana? Ndiyo Muundo wa Almasi ya Almasi ina ujazo mdogo zaidi wa atomiki na usio na mgandamizo mkubwa kuliko muundo wote Mpya, vipengele (na misombo). mnene kuliko almasi! (Zhu, ARO, na wenzake, 2011)
39. 39. Ulinganisho wa aina za kaboni na silika (SiO2) hutuwezesha kuelewa msongamano wa aina mpya za kaboni Miundo mipya, 1.1-3.2% mnene kuliko almasi, juu sana (hadi 2.8!) fahirisi za refractive na almasi ya mtawanyiko wa mwanga. muundo wa hP3 tP12 muundo tI12 muundoSiO2 cristobalite SiO2 quartz SiO2 kitite shinikizo la juu SiS2 awamu
40. 40.
41. 41. Oksidi ngumu zaidi ni TiO2? (Dubrovinsky et al., Nature 410, 653-654 (2001)) Nishio-Hamane (2010) na Al-Khatatbeh (2009): compressive modulus ~ 300 GPa, si 431 GPa. Lyakhov & ARO (2011): Majaribio chini ya shinikizo ni magumu sana! Ugumu sio zaidi ya 16 GPa! TiO2 ni laini kuliko SiO2 stishovite (33 GPa), B6O (45 GPa), Al2O3 corundum (21 GPa).
42. 42. Je, kuna uwezekano wa aina za kaboni ngumu kuliko almasi? Hapana . Nyenzo Model Li Lyakhov Exp. Ugumu, Enthalpy, et al. & Muundo wa ARO GPa eV/atom (2009) (2011) Almasi 89.7 0.000 Almasi 91.2 89.7 90 Lonsdaleite 89.1 0.026 Graphite 57.4 0.17 0.14 C2/m 86.3 20 0.4 Tile 20. mmm 84.0 0.198 β-Si3N4 23.4 23.4 21 Cmcm 83.5 0.282SiO2 stishovite 31.8 30.8 33 P2/m 83.4 0.166 I212121 82.9 0.784 Fmmm 82.2 0.322 Cmcm 82.0 0.220 1 muundo ngumu zaidi 1.5 mseto ization Hesabu ya mabadiliko
43. 43. Ukandamizaji wa baridi wa grafiti hutoa M-kaboni, sio almasi! M-carbon ilipendekezwa mwaka 2006. Mnamo 2010-2012. kadhaa ya miundo mbadala imependekezwa (W-, R-, S-, Q-, X-, Y-, Z-kaboni, n.k.) M-kaboni imethibitishwa na majaribio ya hivi punde ya M-kaboni ambayo huundwa kwa urahisi zaidi. kutoka kwa grafiti ya grafiti bct4-kaboni grafiti M -carbon graphite almasi
44. 44. M-kaboni - aina mpya ya kaboni diamondgraphite lonsdaleite Mchoro wa awamu ya kinadharia ya carbines za kaboni M-carbonfullerenes
45. 45. Dutu chini ya shinikizo katika asili P.W. Bridgman 1946 Mshindi wa Tuzo ya Nobel (Fizikia) 200xScale: 100 GPa = Mbar 1 =
46. Neptune ina chanzo cha joto cha ndani - lakini CH4 inatoka wapi? Uranus na Neptune: H2O:CH4:NH3 = 59:33:8. Neptune ina chanzo cha ndani cha nishati (Hubbard '99). Ross'81 (na Benedetti'99): CH4=C(almasi) + 2H2. Je, kuanguka kwa almasi ndicho chanzo kikuu cha joto kwenye Neptune? Nadharia (Ancilotto'97; Gao'2010) inathibitisha hili. almasi ya hidrokaboni ya methane
47. 47. Boroni iko kati ya metali na zisizo za metali na miundo yake ya kipekee ni nyeti kwa uchafu wa B, joto na shinikizo la alpha-B beta B T-192.
48. 48. Historia ya ugunduzi na utafiti wa boroni imejaa utata na mabadiliko ya upelelezi B 1808: J.L.Gay-Lussac na H.Davy walitangaza ugunduzi wa kipengele kipya - boron.J.L. Gay-Lussac H. Davy 1895: H. Moissan alithibitisha kuwa vitu walivyogundua havikuwa na zaidi ya 50-60% ya boroni. Nyenzo za Moissan, hata hivyo, pia ziligeuka kuwa kiwanja na maudhui ya boroni ya chini ya 90%. H. Moissan 1858: F. Wöhler alielezea marekebisho 3 ya boroni - "diamond-," "graphite-," na "kama makaa ya mawe." Zote tatu ziligeuka kuwa misombo (kwa mfano, AlB12 na B48C2Al). 2007: ~ marekebisho 16 ya kioo yalichapishwa (mengi ni misombo?). Haijulikani ni fomu gani iliyo imara zaidi. F. Wöhler
49. 49. Chini ya shinikizo, boroni huunda muundo wa ionic wa sehemu! B 2004: Chen na Solozhenko: walitengeneza muundo mpya wa boroni, lakini hawakuweza kutatua muundo wake. 2006: Oganov: alifafanua muundo, alithibitisha utulivu wake. 2008: Solozhenko, Kurakevich, Oganov - awamu hii ni moja ya dutu ngumu inayojulikana (ugumu 50 GPa). Tofauti ya X-ray. Juu - nadharia, Chini - majaribio Muundo wa gamma-boroni: (B2)δ+(B12)δ-, δ=+0.5 (ARO et al., Nature 2009) na angalau (kulia) elektroni imara.
50. 50. Mchoro wa awamu ya kwanza ya boroni - baada ya miaka 200 ya utafiti! Mchoro wa awamu ya BBoron (ARO et al., Nature 2009)
51. 51. Sodiamu ni chuma kilichoelezwa kikamilifu na mfano wa bure wa elektroni
52. 52. Chini ya shinikizo, sodiamu hubadilisha asili yake - "mabadiliko ya alchemical" Na 1807: Sodiamu iliyogunduliwa na Humphry Davy. 2002: Hanfland, Syassen, et al. - dalili ya kwanza ya kemia tata sanaH. Davy sodiamu chini ya shinikizo zaidi ya 1 Mbar. Gregoryants (2008) - data ya kina zaidi. Chini ya shinikizo, sodiamu inakuwa sehemu ya d-chuma!
53. 53. Tulitabiri muundo mpya ambao ni uwazi usio wa chuma! Sodiamu inakuwa wazi kwa shinikizo la ~ 2 Mbar (Ma, Eremets, ARO et al., Nature 2009) Elektroni huwekwa ndani katika "nafasi tupu" ya muundo, hii hufanya sodiamu iliyobanwa kuwa isiyo ya chuma.
54. Utafiti wa madini sio tu raha ya uzuri, lakini pia mwelekeo wa kisayansi muhimu na wa kimsingi Athari ya kupunguza kiwango cha kuyeyuka kwa uchafu wa Wood - huyeyuka kwa 70 C. aloi - kwa 41.5 C!
55. 64. Muundo wa kiini cha ndani cha Dunia ni nini? Msingi ni mnene kidogo kuliko chuma safi. Katika msingi, Fe imeunganishwa na vipengele vya mwanga - kama vile S, Si, O, C, H. Misombo mipya (FeH4!) imetabiriwa katika mifumo ya Fe-C na Fe-H. Carbon inaweza kuwa katika msingi kwa kiasi kikubwa [Bazhanova, Oganov, Dzhanola, UFN 2012]. Asilimia ya kaboni katika msingi wa ndani inahitajika kuelezea msongamano wake
56. 65. Asili ya tabaka D” (kilomita 2700-2890) ilibaki kuwa kitendawili kwa muda mrefu D” – mzizi wa vazi la joto hutiririka Inatarajiwa kwamba MgSiO3 hutengeneza ~ 75 vol.% Oddities of layer D”: kupasuka kwa seismic , anisotropy Hebu tukumbuke anisotropy ya rangi ya cordierite!
57. 66. Suluhisho ni kuwepo kwa madini mapya, MgSiO3 post-perovskite katika safu D" (km 2700-2890) Awamu ya mchoro D" discontinuity MgSiO3 Inaelezea kuwepo kwa safu D, inakuwezesha kuhesabu joto lake Inaeleza tofauti za urefu wa siku. MgSiO3 Tabaka D" hukua baada ya perovskite Dunia inapopoa D“ haipo kwenye Mercury na Mirihi Familia mpya ya madini iliyotabiriwa Uthibitisho - Tschauner (2008)
58. 67. Muundo wa jambo ni ufunguo wa kuelewa ulimwengu 4. Uelewa wa mambo ya ndani ya sayari unazidi kuongezeka 3. Kompyuta inajifunza kutabiri nyenzo mpya 2. Tayari inawezekana kutabiri miundo ya kioo1. Muundo hufafanua sifa
59. 68. Shukrani: Wanafunzi wangu, wanafunzi waliohitimu na hati za posta:A. Lyakhov Y. Ma S.E. Boulfelfel C.W. Glass Q. Zhu Y. Xie Wenzake kutoka maabara zingine: F. Zhang (Perth, Australia) C. Gatti (U. Milano, Italia) G. Gao (Chuo Kikuu cha Jilin, Uchina) A. Bergara (U. Basque Country, Uhispania) I. Errea (U. Basque Country, Hispania) M. Martinez-Canales (UCL, U.K.) C. Hu (Guilin, China) M. Salvado & P. ​​​​Pertierra (Oviedo, Hispania) V.L. Solozhenko (Paris) D.Yu. Pushcharovsky, V.V. Brazhkin (Moscow) Watumiaji wa mpango wa USPEX (> watu 1000) - http://han.ess.sunysb.edu/~USPEX

Artem Oganov, mmoja wa wataalam wa madini waliotajwa zaidi ulimwenguni, alituambia juu ya utabiri wa kompyuta ambao hivi karibuni uliweza kufikiwa. Hapo awali, tatizo hili halikuweza kutatuliwa kwa sababu tatizo la muundo wa kompyuta wa vifaa vipya ni pamoja na tatizo la miundo ya kioo, ambayo ilionekana kuwa haiwezi kutatua. Lakini kutokana na juhudi za Oganov na wenzake, waliweza kukaribia ndoto hii na kuifanya kuwa kweli.

Kwa nini kazi hii ni muhimu: Hapo awali, vitu vipya vilizalishwa kwa muda mrefu sana na kwa jitihada nyingi.

Artem Oganov: "Wajaribio huenda kwenye maabara. Changanya vitu tofauti kwa joto tofauti na shinikizo. Pata vitu vipya. Tabia zao zinapimwa. Kama sheria, vitu hivi havina riba na vinakataliwa. Na wanajaribio wanajaribu tena kupata dutu tofauti kidogo chini ya hali tofauti, na muundo tofauti kidogo. Na kwa hiyo, hatua kwa hatua, tunashinda kushindwa nyingi, tukitumia miaka ya maisha yetu juu ya hili. Inatokea kwamba watafiti, kwa matumaini ya kupata nyenzo moja, hutumia kiasi kikubwa cha jitihada, wakati, na pia pesa. Utaratibu huu unaweza kuchukua miaka. Inaweza kugeuka kuwa mwisho wa kufa na kamwe kusababisha ugunduzi wa nyenzo muhimu. Lakini hata inapopelekea mafanikio, mafanikio haya yanakuja kwa bei kubwa sana.”

Kwa hiyo, ni muhimu kuunda teknolojia ambayo inaweza kufanya utabiri usio na makosa. Hiyo ni, usijaribu katika maabara, lakini upe kompyuta kazi ya kutabiri ni nyenzo gani, na muundo gani na joto, zitakuwa na mali zinazohitajika chini ya hali fulani. Na kompyuta, ikipitia chaguzi nyingi, itaweza kujibu ni muundo gani wa kemikali na muundo gani wa fuwele utakidhi mahitaji uliyopewa. Matokeo inaweza kuwa nyenzo unayotafuta haipo. Au yupo na hayuko peke yake.
Na hapa shida ya pili inatokea, suluhisho ambalo bado halijatatuliwa: jinsi ya kupata nyenzo hii? Hiyo ni, muundo wa kemikali na muundo wa kioo ni wazi, lakini bado hakuna njia ya kutekeleza, kwa mfano, kwa kiwango cha viwanda.

Teknolojia ya utabiri

Jambo kuu ambalo linahitaji kutabiriwa ni muundo wa kioo. Hapo awali, haikuwezekana kutatua tatizo hili, kwa sababu kuna chaguzi nyingi za mpangilio wa atomi katika nafasi. Lakini wengi wao hawana riba. Kilicho muhimu ni chaguzi hizo za mpangilio wa atomi katika nafasi ambazo ni thabiti vya kutosha na zina sifa zinazohitajika kwa mtafiti.
Je, ni mali gani hizi: ugumu wa juu au chini, conductivity ya umeme na conductivity ya mafuta, na kadhalika. Muundo wa kioo ni muhimu.

"Ikiwa unafikiria, sema, kaboni, angalia almasi na grafiti. Kemikali ni dutu sawa. Lakini mali ni tofauti kabisa. Kaboni nyeusi-laini sana na almasi isiyo na uwazi - ni nini kinacholeta tofauti kati yao? Ni muundo wa kioo. Ni shukrani kwake kwamba dutu moja ni ngumu sana, nyingine ni laini sana. Moja ni kondakta wa karibu chuma. Nyingine ni dielectric."

Ili kujifunza jinsi ya kutabiri nyenzo mpya, lazima kwanza ujifunze jinsi ya kutabiri muundo wa kioo. Kwa hili, Oganov na wenzake walipendekeza mbinu ya mageuzi mnamo 2006.

"Kwa njia hii, hatujaribu kujaribu aina zote za miundo ya fuwele. Tutajaribu hatua kwa hatua, kwa kuanzia na sampuli ndogo ya random, ndani ambayo tunaweka kiwango cha ufumbuzi iwezekanavyo, tukitupa mbaya zaidi. Na kutoka kwa bora zaidi tunatoa lahaja tanzu. Lahaja za binti hutolewa kupitia mabadiliko anuwai au kupitia upatanisho - kupitia urithi, ambapo kutoka kwa wazazi wawili tunachanganya sifa tofauti za muundo wa muundo. Kutoka kwa hili huja muundo wa binti-nyenzo za binti, utungaji wa kemikali wa binti, muundo wa binti. Misombo hii tanzu basi pia inatathminiwa. Kwa mfano, kwa uthabiti au kwa kemikali au mali inayokuvutia. Na tunatupa zile ambazo ziliorodheshwa kuwa hazina faida. Wale wanaoonyesha ahadi wanapewa haki ya kuzaa watoto. Kwa mabadiliko au urithi tunazalisha kizazi kijacho.

Kwa hiyo, hatua kwa hatua, wanasayansi wanakaribia nyenzo bora kwao kwa suala la mali fulani ya kimwili. Njia ya mageuzi katika kesi hii inafanya kazi kwa njia sawa na nadharia ya Darwin ya mageuzi; Oganov na wenzake wanatekeleza kanuni hii kwenye kompyuta wakati wa kutafuta miundo ya kioo ambayo ni mojawapo kutoka kwa mtazamo wa mali au utulivu fulani.

"Ninaweza pia kusema (lakini hii tayari ni kidogo kwenye hatihati ya uhuni) kwamba tulipokuwa tukiendeleza njia hii (kwa njia, maendeleo yanaendelea. Iliboreshwa zaidi na zaidi), tulijaribu mbinu tofauti za mageuzi. Kwa mfano, tulijaribu kuzalisha mtoto mmoja si kutoka kwa wazazi wawili, lakini kutoka kwa watatu au wanne. Ilibadilika kuwa, kama vile maishani, ni bora kuzaa mtoto mmoja kutoka kwa wazazi wawili. Mtoto mmoja ana wazazi wawili - baba na mama. Si tatu, si nne, si ishirini na nne. Hii ni bora kwa asili na kwenye kompyuta.

Oganov aliweka hati miliki njia yake, na sasa inatumiwa na karibu maelfu ya watafiti duniani kote na makampuni kadhaa makubwa, kama vile Intel, Toyota na Fujitsu. Toyota, kwa mfano, kulingana na Oganov, imekuwa ikitumia njia hii kwa muda kuvumbua nyenzo mpya kwa betri za lithiamu ambazo zitatumika kwa magari ya mseto.

Tatizo la almasi

Inaaminika kuwa almasi, kwa kuwa ndiye anayeshikilia rekodi ya ugumu, ndiye nyenzo bora zaidi kwa matumizi yote. Hata hivyo, hii sivyo, kwa sababu katika chuma, kwa mfano, hupasuka, lakini katika mazingira ya oksijeni kwenye joto la juu huwaka. Kwa ujumla, utafutaji wa nyenzo ambayo itakuwa ngumu zaidi kuliko almasi imekuwa na wasiwasi kwa wanadamu kwa miongo mingi.

"Hesabu rahisi ya kompyuta ambayo ilifanywa na kikundi changu inaonyesha kuwa nyenzo kama hizo haziwezi kuwepo. Kwa kweli, jambo pekee ngumu zaidi kuliko almasi linaweza kuwa almasi, lakini kwa fomu ya nano-fuwele. Nyenzo zingine haziwezi kushinda almasi kwa suala la ugumu.

Mwelekeo mwingine wa kikundi cha Oganov ni utabiri wa vifaa vipya vya dielectric ambavyo vinaweza kutumika kama msingi wa super-capacitors kwa kuhifadhi nishati ya umeme, na pia kwa miniaturization zaidi ya microprocessors ya kompyuta.
"Uboreshaji huu mdogo unakabiliwa na vizuizi. Kwa sababu vifaa vya dielectric vilivyopo vinahimili malipo ya umeme vibaya kabisa. Zinavuja. Na miniaturization zaidi haiwezekani. Ikiwa tunaweza kupata nyenzo zinazozingatia silicon, lakini wakati huo huo ina mara kwa mara ya juu zaidi ya dielectric kuliko nyenzo tulizo nazo, basi tunaweza kutatua tatizo hili. Na tumefanya maendeleo makubwa katika mwelekeo huu pia.

Na jambo la mwisho Oganov hufanya ni maendeleo ya dawa mpya, yaani, pia utabiri wao. Hii inawezekana kutokana na ukweli kwamba wanasayansi wamejifunza kutabiri muundo na kemikali ya uso wa fuwele.

"Ukweli ni kwamba uso wa fuwele mara nyingi huwa na muundo wa kemikali ambao hutofautiana na dutu ya fuwele yenyewe. Muundo pia mara nyingi ni tofauti sana. Na tuligundua kuwa nyuso za fuwele za oksidi rahisi, zinazoonekana kama ajizi (kama vile oksidi ya magnesiamu) zina ioni za kuvutia sana (kama vile ioni ya peroksidi). Pia zina vikundi sawa na ozoni, yenye atomi tatu za oksijeni. Hii inaelezea uchunguzi mmoja wa kuvutia sana na muhimu. Wakati mtu anavuta chembe nzuri za madini ya oksidi, ambazo zinaonekana zisizo na maana, salama na zisizo na madhara, chembe hizi hucheza utani wa kikatili na huchangia maendeleo ya saratani ya mapafu. Hasa, inajulikana kuwa asbesto, ambayo ni inert sana, ni dutu ya kansa. Kwa hivyo, juu ya uso wa madini kama vile asbesto na quartz (haswa quartz), ioni za peroxide zinaweza kuunda, ambazo zina jukumu muhimu katika malezi na maendeleo ya saratani. Kwa kutumia mbinu yetu, inawezekana pia kutabiri hali ambazo uundaji wa aina hii ya chembe unaweza kuepukwa. Hiyo ni, kuna matumaini hata kupata tiba na kuzuia saratani ya mapafu. Katika kesi hii, tunazungumza tu juu ya saratani ya mapafu. Na kwa njia isiyotarajiwa kabisa, matokeo ya utafiti wetu yalifanya iwezekane kuelewa, na labda hata kuzuia au kuponya saratani ya mapafu.

Kwa muhtasari, utabiri wa miundo ya fuwele unaweza kuchukua jukumu muhimu katika muundo wa nyenzo za elektroniki ndogo na dawa. Kwa ujumla, teknolojia hii inafungua njia mpya katika teknolojia ya siku zijazo, Oganov ni hakika.

Unaweza kusoma kuhusu maeneo mengine ya maabara ya Artem kwenye kiungo, na kusoma kitabu chake Mbinu za Kisasa za Utabiri wa Muundo wa Kioo

Tunachapisha maandishi ya hotuba iliyotolewa na profesa katika Chuo Kikuu cha Jimbo la New York, profesa msaidizi katika Chuo Kikuu cha Jimbo la Moscow, na profesa wa heshima katika Chuo Kikuu cha Guilin.Artem Oganov 8 Septemba 2012 kama sehemu ya safu ya "Mihadhara ya Umma "Polit.ru" kwenye tamasha la wazi la vitabu. BookMarket katika Hifadhi ya Sanaa ya Muzeon.

"Mihadhara ya umma" Polit.ru" inafanyika kwa msaada wa:

Nakala ya hotuba

Ninawashukuru sana waandaaji wa tamasha hili na Polit.ru kwa mwaliko. Nina heshima kutoa mhadhara huu; Natumaini kupata ni ya kuvutia.

Mhadhara unahusiana moja kwa moja na maisha yetu ya baadaye, kwa sababu maisha yetu ya baadaye haiwezekani bila teknolojia mpya, teknolojia zinazohusiana na ubora wa maisha yetu, hapa ni iPad, hapa ni projector yetu, umeme wetu wote, teknolojia ya kuokoa nishati, teknolojia ambayo hutumiwa. kusafisha mazingira, teknolojia ambazo hutumiwa katika dawa na kadhalika - yote haya inategemea kwa kiasi kikubwa juu ya vifaa vipya, teknolojia mpya zinahitaji vifaa vipya, vifaa vya kipekee, mali maalum. Na hadithi itaambiwa kuhusu jinsi nyenzo hizi mpya zinaweza kuendelezwa si katika maabara, lakini kwenye kompyuta.

Mhadhara huo unaitwa: "Muundo wa kompyuta wa nyenzo mpya: ndoto au ukweli?" Ikiwa hii ilikuwa ndoto kabisa, basi hotuba haingekuwa na maana. Ndoto ni kitu, kama sheria, sio kutoka kwa ukweli. Kwa upande mwingine, ikiwa hii tayari imetekelezwa kikamilifu, hotuba hiyo pia haingekuwa na maana, kwa sababu aina mpya za mbinu, pamoja na zile za kinadharia, wakati tayari zimekuzwa kikamilifu, hutoka kutoka kwa kitengo cha sayansi hadi kitengo cha viwanda. kazi za kawaida. Kwa kweli, uwanja huu ni mpya kabisa: muundo wa kompyuta wa vifaa vipya ni mahali fulani katikati ya ndoto - ni nini kisichowezekana, kile tunachoota juu ya wakati wetu wa burudani - na ukweli, hii bado haijakamilika kabisa. ni eneo ambalo linaendelezwa hivi sasa. Na eneo hili litafanya iwezekanavyo katika siku za usoni kuachana na njia ya jadi ya kugundua nyenzo mpya, maabara, na kuanza muundo wa vifaa vya kompyuta, hii itakuwa ya bei nafuu, haraka, na kwa njia nyingi hata za kuaminika. Lakini nitakuambia jinsi ya kufanya hivyo. Hii inahusiana moja kwa moja na tatizo la utabiri, utabiri wa muundo wa dutu, kwa sababu muundo wa dutu huamua mali zake. Muundo tofauti wa dutu moja, tuseme kaboni, huamua almasi-ngumu sana na grafiti laini sana. Muundo katika kesi hii ni kila kitu. Muundo wa jambo.

Kwa ujumla, mwaka huu tunaadhimisha miaka mia moja ya majaribio ya kwanza ambayo yalifanya iwezekanavyo kugundua muundo wa suala. Kwa muda mrefu sana, tangu nyakati za zamani, watu wamedhani kwamba jambo lina atomi. Kutajwa kwa hili kunaweza kupatikana, kwa mfano, katika Biblia, katika epics mbalimbali za Kihindi, na marejeleo ya kina kabisa ya hili yanaweza kuonekana katika Democritus na Lucretius Cara. Na kutajwa kwa kwanza kwa jinsi jambo limeundwa, jinsi jambo hili linajumuisha chembe hizi, atomi, ni mali ya Johannes Kepler, mtaalam mkubwa wa hesabu, mtaalam wa nyota na hata mnajimu - wakati huo unajimu bado ulizingatiwa kuwa sayansi, kwa bahati mbaya. Kepler alichora picha za kwanza ambazo alielezea sura ya hexagonal ya theluji, na muundo wa barafu uliopendekezwa na Kepler, ingawa ni tofauti na ukweli, ni sawa na hiyo katika nyanja nyingi. Lakini, hata hivyo, nadharia juu ya muundo wa atomiki wa jambo ilibaki kuwa dhana hadi karne ya 20, hadi miaka mia moja iliyopita nadharia hii ilithibitishwa kwanza kisayansi. Ilithibitishwa kwa msaada wa sayansi yangu, crystallography, sayansi mpya ambayo ilizaliwa katikati ya karne ya 17, 1669 ni tarehe rasmi ya kuzaliwa kwa sayansi ya crystallography, na iliundwa na mwanasayansi wa ajabu wa Denmark Nicholas Stenon. . Kwa kweli, jina lake lilikuwa Niels Stensen, alikuwa Denmark, jina lake la Kilatini lilikuwa Nicholas Stenon. Hakuanzisha crystallography tu, bali pia taaluma kadhaa za kisayansi, na akaunda sheria ya kwanza ya fuwele. Tangu wakati huo, crystallography ilianza maendeleo yake pamoja na trajectory ya kuongeza kasi.

Nikolai Stenon alikuwa na wasifu wa kipekee. Hakuwa tu mwanzilishi wa sayansi kadhaa, lakini pia alitangazwa mtakatifu na Kanisa Katoliki. Mshairi mkuu wa Ujerumani, Goethe, pia alikuwa mwandishi wa fuwele. Na Goethe ana nukuu kwamba crystallography haina tija, ipo ndani yake, na kwa ujumla sayansi hii haina maana kabisa, na haijulikani kwa nini inahitajika, lakini kama puzzle inavutia sana, na kwa sababu ya hii inavutia sana. watu. Hivi ndivyo Goethe alisema katika hotuba maarufu ya sayansi ambayo alitoa mahali fulani katika hoteli za Baden kwa wanawake matajiri wavivu. Kwa njia, kuna madini yenye jina la Goethe, goethite. Inapaswa kusemwa kwamba wakati huo crystallography ilikuwa kweli sayansi isiyo na maana, kwa kweli katika kiwango cha aina fulani ya charades za hisabati na puzzles. Lakini wakati ulipita, na miaka 100 iliyopita crystallography iliibuka kutoka kwa kitengo cha sayansi kama hiyo yenyewe na ikawa sayansi muhimu sana. Hili lilitanguliwa na msiba mkubwa.

Narudia, muundo wa atomiki wa jambo ulibaki kuwa dhana hadi 1912. Mwanafizikia mkuu wa Austria Ludwig Boltzmann aliegemeza hoja zake zote za kisayansi juu ya dhana hii kuhusu atomicity ya maada na alishutumiwa vikali na wapinzani wake wengi: "unawezaje kujenga nadharia zako zote kwenye nadharia isiyothibitishwa?" Ludwig Boltzmann, chini ya ushawishi wa ukosoaji huu, na vile vile afya mbaya, alijiua mnamo 1906. Alijinyonga akiwa likizoni na familia yake nchini Italia. Miaka 6 tu baadaye, muundo wa atomiki wa jambo ulithibitishwa. Kwa hiyo kama angekuwa mvumilivu zaidi, angewashinda wapinzani wake wote. Uvumilivu wakati mwingine unamaanisha zaidi ya akili, subira ina maana kubwa kuliko hata fikra. Kwa hivyo, haya yalikuwa majaribio ya aina gani? Majaribio haya yalifanywa na Max von Laue, au kwa usahihi zaidi, na wanafunzi wake waliohitimu. Max von Laue hakufanya majaribio kama hayo mwenyewe, lakini wazo lilikuwa lake. Wazo lilikuwa kwamba ikiwa jambo linajumuisha atomi, ikiwa kweli, kama Kepler alivyodhani, atomi zimejengwa kwa kioo kwa njia ya mara kwa mara, ya kawaida, basi jambo la kuvutia linapaswa kuzingatiwa. Muda mfupi kabla, X-rays iligunduliwa. Wanafizikia kwa wakati huo walikuwa tayari wameelewa vizuri kwamba ikiwa urefu wa wimbi la mionzi unalinganishwa na urefu wa muda - urefu wa tabia ya kitu, katika kesi hii kioo, basi jambo la diffraction linapaswa kuzingatiwa. Hiyo ni, mionzi itasafiri sio tu kwa mstari wa moja kwa moja, lakini pia inapotoka kwa pembe zilizoainishwa sana. Kwa hivyo, muundo maalum wa diffraction wa X-ray unapaswa kuzingatiwa kutoka kwa fuwele. Ilijulikana kuwa urefu wa wimbi la mionzi ya X lazima iwe sawa na saizi ya atomi; Kwa hivyo, ikiwa nadharia ya atomiki ya muundo wa jambo ni sahihi, basi kutofautisha kwa X-rays kutoka kwa fuwele inapaswa kuzingatiwa. Ni nini kinachoweza kuwa rahisi kuliko kuangalia?

Wazo rahisi, jaribio rahisi, katika zaidi ya mwaka mmoja, Laue alipokea Tuzo la Nobel katika Fizikia. Na tunaweza kujaribu kufanya jaribio hili. Lakini, kwa bahati mbaya, ni nyepesi sana sasa kwa kila mtu kutazama jaribio hili. Lakini labda tunaweza kujaribu hii na shahidi mmoja? Nani angeweza kuja hapa na kujaribu kutazama jaribio hili?

Tazama. Hapa kuna pointer ya laser, tunaiangaza - na nini kinatokea hapa? Hatutumii X-rays, lakini laser ya macho. Na hii sio muundo wa kioo, lakini picha yake, imechangiwa na mara elfu 10: lakini urefu wa wimbi la laser ni mara elfu 10 zaidi kuliko urefu wa mionzi ya X-ray, na hivyo hali ya diffraction imeridhika tena - urefu wa wimbi ni. kulinganishwa na kipindi cha kimiani cha kioo. Hebu tuangalie kitu ambacho hakina muundo wa kawaida, kioevu. Hapa, Oleg, shikilia picha hii, nami nitaangaza laser, njoo karibu, picha itakuwa ndogo, kwa kuwa hatuwezi mradi ... angalia, unaona pete hapa, ndani kuna hatua ambayo ni sifa ya kifungu cha moja kwa moja. boriti. Lakini pete ni diffraction kutoka kwa muundo usio na mpangilio wa kioevu. Ikiwa tuna kioo mbele yetu, basi picha itakuwa tofauti kabisa. Unaona, tuna miale mingi ambayo inapotoka kwa pembe zilizobainishwa kabisa.

Oleg (kujitolea): Labda kwa sababu kuna atomi nyingi ...

Artyom Oganov: Hapana, kwa sababu ya ukweli kwamba atomi zimepangwa kwa njia iliyofafanuliwa kabisa, tunaweza kuona picha kama hiyo ya kutofautisha. Picha hii ina ulinganifu sana, na hiyo ni muhimu. Hebu tumshangilie Oleg kwa jaribio zuri ambalo lingemletea Tuzo ya Nobel miaka 100 iliyopita.

Kisha, mwaka uliofuata, baba na mwana Braggy walijifunza kufafanua picha za diffraction na kuamua miundo ya fuwele kutoka kwao. Miundo ya kwanza ilikuwa rahisi sana, lakini sasa, kutokana na mbinu za hivi karibuni, ambazo Tuzo ya Nobel ilitolewa mwaka wa 1985, inawezekana kufafanua miundo ngumu sana kulingana na majaribio. Hili ndilo jaribio ambalo mimi na Oleg tulitoa tena. Hapa kuna muundo wa awali, hapa kuna molekuli za benzini, na hii ni muundo wa diffraction ambao Oleg aliona. Sasa, kwa msaada wa majaribio, inawezekana kufafanua miundo tata sana, hasa miundo ya quasicrystals, na mwaka jana Tuzo ya Nobel ya Kemia ilitolewa kwa ugunduzi wa quasicrystals, hali hii mpya ya jambo gumu. Jinsi eneo hili lilivyo na nguvu, ni uvumbuzi gani wa kimsingi unaofanywa katika maisha yetu! Muundo wa protini na molekuli nyingine amilifu kibayolojia pia hufafanuliwa kwa kutumia mtengano wa X-ray, mbinu hiyo kuu ya fuwele.

Kwa hivyo, tunajua hali tofauti za suala: fuwele iliyoagizwa na quasicrystalline, amofasi (hali iliyoharibika), pamoja na hali ya kioevu, gesi na aina mbalimbali za polima. Kujua muundo wa dutu, unaweza kutabiri mengi, mengi ya mali zake, na kwa kiwango cha juu cha kuaminika. Hapa ni muundo wa silicate ya magnesiamu, aina ya perovskite. Kujua nafasi za takriban za atomi, unaweza kutabiri, kwa mfano, mali ngumu kama vile viboreshaji vya elastic - mali hii inaelezewa na safu ya 4 na vifaa vingi, na unaweza kutabiri mali hii ngumu kwa usahihi wa majaribio, ukijua tu nafasi za atomi. Na dutu hii ni muhimu sana, inafanya 40% ya kiasi cha sayari yetu. Hii ni nyenzo ya kawaida zaidi duniani. Na inawezekana kuelewa mali ya dutu hii, ambayo ipo kwa kina kirefu, kwa kujua tu mpangilio wa atomi.

Ningependa kuzungumza kidogo kuhusu jinsi mali inavyohusiana na muundo, jinsi ya kutabiri muundo wa dutu ili uweze kutabiri nyenzo mpya, na nini kimefanywa kwa kutumia aina hizi za mbinu. Kwa nini barafu ni nyepesi kuliko maji? Sote tunajua kwamba barafu huelea na haizami, tunajua kuwa barafu iko juu ya uso wa mto kila wakati, na sio chini. Kuna nini? Ni juu ya muundo: ukiangalia muundo huu wa barafu, utaona voids kubwa ya hexagonal ndani yake, na wakati barafu inapoanza kuyeyuka, molekuli za maji huziba voids hizi za hexagonal, kwa sababu ambayo wiani wa maji unakuwa mkubwa kuliko wiani. ya barafu. Na tunaweza kuonyesha jinsi mchakato huu hutokea. Nitakuonyesha filamu fupi, tazama kwa makini. Kuyeyuka kutaanza kutoka kwa nyuso, hii ndio jinsi inavyotokea, lakini hii ni hesabu ya kompyuta. Na utaona jinsi kuyeyuka kunavyoenea ndani ... molekuli husonga, na unaona jinsi njia hizi za hexagonal zimefungwa, na utaratibu wa muundo unapotea.

Barafu ina maumbo kadhaa tofauti, na aina ya barafu inayovutia sana ndiyo inayotokea unapojaza utupu katika muundo wa barafu na molekuli za wageni. Lakini muundo yenyewe pia utabadilika. Ninazungumza juu ya kinachojulikana kama maji ya gesi au clathrates. Unaona mfumo wa molekuli za maji, ambamo kuna voids ambamo kuna molekuli au atomi za wageni. Masi ya wageni inaweza kuwa methane - gesi asilia, labda dioksidi kaboni, labda, kwa mfano, atomi ya xenon, na kila moja ya maji haya ya gesi ina historia ya kuvutia. Ukweli ni kwamba hifadhi ya hydrate ya methane ina oda 2 za ukubwa wa gesi asilia zaidi kuliko maeneo ya gesi asilia. Amana za aina hii ziko, kama sheria, kwenye rafu ya bahari na katika maeneo ya permafrost. Tatizo ni kwamba watu bado hawajajifunza jinsi ya kutoa gesi kwa usalama na kwa gharama nafuu kutoka kwao. Ikiwa tatizo hili litatatuliwa, basi ubinadamu utaweza kusahau kuhusu mgogoro wa nishati, tutakuwa na chanzo cha nishati kisichoweza kudumu kwa karne zijazo. Hidrati ya dioksidi kaboni inavutia sana - inaweza kutumika kama njia salama ya kuzika kaboni dioksidi ya ziada. Unasukuma kaboni dioksidi chini ya shinikizo la chini kwenye barafu na kuitupa kwenye bahari. Barafu hii ipo pale kwa utulivu kabisa kwa maelfu mengi ya miaka. Xenon hydrate ilitumika kama maelezo ya xenon anesthesia, hypothesis ambayo ilitolewa miaka 60 iliyopita na mwanakemia mkuu Linus Pauling: ukweli ni kwamba ikiwa mtu anaruhusiwa kupumua xenon chini ya shinikizo la chini, mtu huyo huacha kuhisi maumivu. Ilikuwa, na inaonekana bado, wakati mwingine ilitumika kwa anesthesia katika shughuli za upasuaji. Kwa nini?

Xenon, chini ya shinikizo la chini, huunda misombo na molekuli za maji, na kutengeneza hydrates ya gesi ambayo huzuia uenezi wa ishara ya umeme kupitia mfumo wa neva wa binadamu. Na ishara ya maumivu kutoka kwa tishu inayoendeshwa haifikii misuli, kwa sababu ya ukweli kwamba xenon hydrate huundwa na muundo huu. Hii ilikuwa nadharia ya kwanza kabisa, labda ukweli ni ngumu zaidi, lakini hakuna shaka kuwa ukweli uko karibu. Tunapozungumza juu ya vitu kama hivyo vya porous, hatuwezi kusaidia lakini kukumbuka silicates za microporous, kinachojulikana kama zeolites, ambazo hutumiwa sana katika tasnia kwa kichocheo, na pia kwa mgawanyiko wa molekuli wakati wa kupasuka kwa mafuta. Kwa mfano, molekuli za octane na meso-octane zimetenganishwa kikamilifu na zeolites: ni formula sawa ya kemikali, lakini muundo wa molekuli ni tofauti kidogo: moja yao ni ndefu na nyembamba, ya pili ni fupi na nene. Na moja ambayo ni nyembamba hupitia voids ya muundo, na moja ambayo ni nene huondolewa, na kwa hiyo miundo hiyo, vitu hivyo huitwa sieves ya molekuli. Sieves hizi za Masi hutumiwa kusafisha maji, hasa, maji tunayokunywa kwenye mabomba yetu lazima yapite kupitia filtration nyingi, ikiwa ni pamoja na kwa msaada wa zeolites. Kwa njia hii, unaweza kuondokana na uchafuzi na aina mbalimbali za uchafuzi wa kemikali. Vichafuzi vya kemikali wakati mwingine ni hatari sana. Historia inajua mifano ya jinsi sumu ya metali nzito imesababisha mifano ya kusikitisha ya kihistoria.

Inavyoonekana, mfalme wa kwanza wa Uchina, Qin Shi Huang, na Ivan wa Kutisha walikuwa wahasiriwa wa sumu ya zebaki, na ugonjwa unaoitwa wazimu wa hatter umesomwa vizuri sana katika karne ya 18 na 19 huko Uingereza, tabaka zima la watu kufanya kazi katika tasnia ya kofia aliugua ugonjwa wa kushangaza mapema sana ugonjwa wa neva unaoitwa ugonjwa wa wazimu. Mazungumzo yao yakawa yasiyo na maana, matendo yao yakawa hayana maana, viungo vyao vilitetemeka bila kudhibitiwa, na wakaanguka katika shida ya akili na wazimu. Miili yao ilikuwa ikigusana kila mara na zebaki huku wakilowesha kofia hizi kwenye miyeyusho ya chumvi ya zebaki, ambayo iliingia kwenye miili yao na kuathiri mfumo wa neva. Ivan wa Kutisha alikuwa mfalme anayeendelea sana, mzuri hadi umri wa miaka 30, baada ya hapo alibadilika mara moja - na kuwa jeuri mwendawazimu. Mwili wake ulipotolewa, ilibainika kuwa mifupa yake ilikuwa imeharibika sana na ilikuwa na mkusanyiko mkubwa wa zebaki. Ukweli ni kwamba tsar iliteseka na aina kali ya ugonjwa wa arthritis, na wakati huo arthritis ilitibiwa kwa kusugua marashi ya zebaki - hii ndiyo dawa pekee, na labda zebaki inaelezea wazimu wa ajabu wa Ivan wa Kutisha. Qin Shi Huang, mtu ambaye aliumba China katika hali yake ya sasa, alitawala kwa miaka 36, ​​miaka 12 ya kwanza ambayo alikuwa kikaragosi mikononi mwa mama yake, regent, hadithi yake ni sawa na hadithi ya Hamlet. Mama yake na mpenzi wake walimuua baba yake, kisha wakajaribu kumuondoa, ni hadithi mbaya. Lakini, baada ya kukomaa, alianza kujitawala - na katika miaka 12 alisimamisha vita vya internecine kati ya falme 7 za Uchina, ambayo ilidumu miaka 400, aliunganisha Uchina, aliunganisha uzani, pesa, maandishi ya Kichina ya umoja, akajenga Mkuu. Ukuta wa China, alijenga kilomita 6 elfu 5 za barabara kuu ambazo bado zinatumika, mifereji ambayo bado inatumika, na yote yalifanywa na mtu mmoja, lakini katika miaka ya hivi karibuni amekumbwa na aina fulani ya ajabu ya wazimu. Wataalamu wake wa alkemia, ili kumfanya asife, walimpa vidonge vya zebaki, waliamini kwamba hii ingemfanya asife, kwa sababu hiyo, mtu huyu, ambaye inaonekana alitofautishwa na afya ya ajabu, alikufa kabla ya kufikia umri wa miaka 50, na miaka ya mwisho ya maisha. maisha haya mafupi yaligubikwa na wazimu. Sumu ya risasi inaweza kuwa ilifanya watawala wengi wa Kirumi kuwa wahasiriwa wake: huko Roma kulikuwa na usambazaji wa maji ya risasi, mfereji wa maji, na inajulikana kuwa kwa sumu ya risasi, sehemu fulani za ubongo hupungua, unaweza kuona hii kwenye picha za tomografia, matone ya akili. , IQ inashuka, mtu anakuwa mkali sana. Sumu ya risasi bado ni tatizo kubwa katika miji na nchi nyingi. Ili kuondokana na aina hizi za matokeo yasiyohitajika, tunahitaji kuendeleza nyenzo mpya za kusafisha mazingira.

Nyenzo ya kuvutia ambayo haijaelezewa kikamilifu ni superconductors. Superconductivity pia iligunduliwa miaka 100 iliyopita. Jambo hili kwa kiasi kikubwa ni la kigeni; Wao tu kilichopozwa zebaki katika heliamu kioevu, kipimo upinzani umeme, ikawa kwamba imeshuka hasa kwa sifuri, na baadaye ikawa kwamba superconductors kusukuma kabisa nje ya shamba magnetic na uwezo wa levitate katika shamba magnetic. Tabia hizi mbili za superconductors hutumiwa sana katika matumizi ya hali ya juu. Aina ya superconductivity ambayo iligunduliwa miaka 100 iliyopita ilielezewa, ilichukua nusu karne kuelezea, na maelezo haya yalileta Tuzo la Nobel kwa John Bardeen na wenzake. Lakini basi katika miaka ya 80, tayari katika karne yetu, aina mpya ya superconductivity iligunduliwa, na superconductors bora ni mali ya darasa hili - superconductors ya juu-joto kulingana na shaba. Kipengele cha kuvutia ni kwamba superconductivity kama hiyo bado haina maelezo. Superconductors wana maombi mengi. Kwa mfano, mashamba ya magnetic yenye nguvu zaidi yanaundwa kwa msaada wa superconductors, na hii hutumiwa katika imaging resonance magnetic. Treni za kuinua sumaku ni programu nyingine, na hapa kuna picha ambayo mimi binafsi nilichukua huko Shanghai kwenye treni kama hiyo - kiashiria cha kasi cha kilomita 431 kwa saa kinaonekana. Superconductors wakati mwingine ni ya kigeni sana: superconductors za kikaboni, yaani, superconductors za kaboni, zimejulikana kwa zaidi ya miaka 30, zinageuka kuwa hata almasi inaweza kufanywa superconductor kwa kuanzisha kiasi kidogo cha atomi za boroni ndani yake. Graphite pia inaweza kufanywa superconductor.

Hapa kuna ulinganifu wa kuvutia wa kihistoria kuhusu jinsi mali ya nyenzo au ujinga wao unaweza kuwa na matokeo mabaya. Hadithi mbili ambazo ni nzuri sana, lakini, inaonekana, sio sahihi kihistoria, lakini bado nitawaambia, kwa sababu hadithi nzuri wakati mwingine ni bora kuliko hadithi ya kweli. Katika fasihi maarufu ya sayansi, kwa kweli ni kawaida sana kupata marejeleo ya jinsi athari ya tauni ya bati - na hapa kuna sampuli yake - iliharibu msafara wa Napoleon nchini Urusi na Kapteni Scott kwenda Ncha ya Kusini. Ukweli ni kwamba bati kwenye joto la nyuzi 13 Celsius hupitia mpito kutoka kwa chuma (hii ni bati nyeupe) hadi bati ya kijivu, semiconductor, wakati wiani hupungua kwa kasi - na bati huanguka. Hii inaitwa "pigo la bati" - bati hubomoka tu kuwa vumbi. Hapa kuna hadithi ambayo sijawahi kuona ikielezewa kikamilifu. Napoleon anakuja Urusi na jeshi la elfu 620, anapigana vita vichache tu - na ni watu elfu 150 tu wanaofika Borodino. 620 wanafika, elfu 150 wanafika Borodino karibu bila mapigano. Chini ya Borodino kulikuwa na wahasiriwa zaidi ya elfu 40, kisha mafungo kutoka Moscow - na elfu 5 walifika Paris wakiwa hai. Kwa njia, mafungo pia yalikuwa karibu bila mapigano. Ni nini kinaendelea? Unawezaje kutoka 620 elfu hadi 5 elfu bila vita? Kuna wanahistoria wanaodai kwamba tauni ya bati ndiyo ya kulaumiwa kwa kila kitu: vifungo vya sare za askari vilitengenezwa kwa bati, bati lilibomoka mara tu hali ya hewa ya baridi ilipoanza, na askari walijikuta uchi katika baridi ya Urusi. . Tatizo ni kwamba vifungo vilifanywa kutoka kwa bati chafu, ambayo inakabiliwa na tauni ya bati.

Mara nyingi unaweza kuona kwenye vyombo vya habari maarufu vya sayansi kutaja kwamba Kapteni Scott, kulingana na matoleo anuwai, alibeba ndege pamoja naye ambayo mizinga ya mafuta ilikuwa na wauzaji wa bati, au chakula cha makopo kwenye makopo ya bati - bati ilibomoka tena, na msafara huo. alikufa kwa njaa na baridi. Kwa kweli nilisoma shajara za Kapteni Scott - hakutaja ndege yoyote, alikuwa na aina fulani ya gari la theluji, lakini tena hajaandika juu ya tanki la mafuta, na haandiki juu ya chakula cha makopo pia. Kwa hivyo dhana hizi, inaonekana, sio sahihi, lakini zinavutia sana na zinafundisha. Na kukumbuka athari za pigo la bati ni kwa hali yoyote muhimu ikiwa unakwenda kwenye hali ya hewa ya baridi.

Hapa kuna uzoefu tofauti, na hapa ninahitaji maji ya kuchemsha. Athari nyingine inayohusishwa na vifaa na muundo wao, ambayo haingetokea kwa mtu yeyote, ni athari ya kumbukumbu ya sura, pia imegunduliwa kabisa kwa ajali. Katika mfano huu unaona kwamba wenzangu walifanya barua mbili kutoka kwa waya huu: T U, Chuo Kikuu cha Ufundi, waliimarisha fomu hii kwa joto la juu. Ikiwa unaimarisha sura kwa joto la juu, nyenzo zitakumbuka sura hiyo. Unaweza kufanya moyo, kwa mfano, kumpa mpendwa wako na kusema: moyo huu utakumbuka hisia zangu milele ... basi sura hii inaweza kuharibiwa, lakini mara tu unapoiweka katika maji ya moto, sura inarejeshwa, inaonekana kama uchawi. Ulivunja tu sura hii, lakini ikiwa utaiweka kwenye maji ya moto, sura inarejeshwa. Na yote haya hutokea shukrani kwa mabadiliko ya kuvutia sana na badala ya hila ya muundo ambayo hutokea katika nyenzo hii kwa joto la nyuzi 60 Celsius, ndiyo sababu maji ya moto yanahitajika katika jaribio letu. Na mabadiliko sawa hutokea katika chuma, lakini katika chuma hutokea polepole sana - na athari ya kumbukumbu ya sura haitoke. Hebu fikiria, ikiwa chuma pia kilionyesha athari kama hiyo, tungeishi katika ulimwengu tofauti kabisa. Athari ya kumbukumbu ya umbo ina matumizi mengi: viunga vya meno, vijia vya moyo, sehemu za injini katika ndege ili kupunguza kelele, kushikamana katika mabomba ya gesi na mafuta. Sasa nahitaji mtu mwingine wa kujitolea...tafadhali, jina lako ni nani? Vika? Tutahitaji usaidizi wa Vicki kwa waya hii, ni waya wa kumbukumbu ya umbo. Aloi sawa ya nitinol, aloi ya nickel na titani. Waya hii ilikuwa ngumu katika fomu ya waya moja kwa moja, na itakumbuka fomu hii milele. Vika, chukua kipande cha waya huu na uipotoshe kwa kila njia iwezekanavyo, uifanye kwa njia isiyo ya moja kwa moja iwezekanavyo, usifunge tu vifungo vyovyote: fundo haitafanywa. Na sasa uimimishe ndani ya maji yanayochemka, na waya itakumbuka sura hii ... vizuri, imenyooka? Athari hii inaweza kuzingatiwa milele, labda nimeiona mara elfu, lakini kila wakati, kama mtoto, ninaonekana na kushangaa jinsi athari ni nzuri. Tumpigie makofi Vika. Itakuwa nzuri ikiwa tulijifunza kutabiri nyenzo hizo kwenye kompyuta.

Na hapa ni mali ya macho ya vifaa, ambayo pia sio ndogo kabisa. Inatokea kwamba vifaa vingi, karibu fuwele zote, hugawanya boriti ya mwanga ndani ya mihimili miwili inayosafiri kwa njia tofauti na kwa kasi tofauti. Kama matokeo, ikiwa unatazama kioo kwenye uandishi fulani, uandishi utakuwa mara mbili kidogo kila wakati. Lakini, kama sheria, haijulikani kwa macho yetu. Katika fuwele zingine athari hii ni kali sana hivi kwamba unaweza kuona maandishi mawili.

Swali kutoka kwa watazamaji: Ulisema kwa kasi tofauti?

Artem Oganov: Ndiyo, kasi ya mwanga ni mara kwa mara tu katika utupu. Katika vyombo vya habari vilivyofupishwa ni chini. Zaidi ya hayo, tumezoea kufikiri kwamba kila nyenzo ina rangi fulani. Ruby ni nyekundu, samafi ni bluu, lakini zinageuka kuwa rangi inaweza pia kutegemea mwelekeo. Kwa ujumla, moja ya sifa kuu za kioo ni anisotropy - utegemezi wa mali juu ya mwelekeo. Mali katika mwelekeo huu na katika mwelekeo huu ni tofauti. Hapa kuna cordierite ya madini, ambayo rangi yake hubadilika kwa mwelekeo tofauti kutoka kwa hudhurungi-njano hadi bluu, hii ni fuwele sawa. Je, kuna mtu haniamini? Nilileta kioo cha cordierite hasa ili, tafadhali ... angalia, ni rangi gani?

Swali kutoka kwa watazamaji: Inaonekana nyeupe, lakini kama hii ...

Artem Oganov: Kutoka kwa mwanga, kama nyeupe, hadi zambarau, unazungusha tu kioo. Kwa kweli kuna hadithi ya Kiaislandi kuhusu jinsi Waviking waligundua Amerika. Na wanahistoria wengi wanaona katika ngano hii dalili ya matumizi ya athari hii. Wakati Waviking walipotea katikati ya Bahari ya Atlantiki, mfalme wao alichukua jiwe fulani la jua, na katika mwanga wa jioni aliweza kuamua mwelekeo wa Magharibi, na hivyo wakasafiri kwa Amerika. Hakuna mtu anayejua jiwe la jua ni nini, lakini wanahistoria wengi wanaamini kuwa jiwe la jua ndilo Vika ameshikilia mikononi mwake, cordierite, kwa njia, cordierite hupatikana kwenye pwani ya Norway, na kwa msaada wa kioo hiki unaweza kweli. abiri katika mwanga wa machweo, katika mwanga wa jioni, na pia katika latitudo za polar. Na athari hii ilitumiwa na Jeshi la Anga la Merika hadi miaka ya 50, wakati ilibadilishwa na njia za hali ya juu zaidi. Na hapa kuna athari nyingine ya kuvutia - alexandrite, ikiwa mtu yeyote ana tamaa, nilileta kioo cha alexandrite ya synthetic, na mabadiliko ya rangi yake kulingana na chanzo cha mwanga: mchana na umeme. Na hatimaye, athari nyingine ya kuvutia ambayo wanasayansi na wanahistoria wa sanaa hawakuweza kuelewa kwa karne nyingi. Kombe la Lycurgus ni kitu ambacho kilitengenezwa na mafundi wa Kirumi zaidi ya miaka elfu 2 iliyopita. Katika mwanga ulioenea, bakuli hii ni ya kijani, na katika mwanga unaopitishwa ni nyekundu. Na tuliweza kuelewa hii halisi miaka michache iliyopita. Ilibadilika kuwa bakuli haikufanywa kwa kioo safi, lakini ilikuwa na nanoparticles ya dhahabu, ambayo iliunda athari hii. Sasa tunaelewa asili ya rangi - rangi inahusishwa na safu fulani za kunyonya, na muundo wa elektroniki wa dutu, na hii, kwa upande wake, inahusishwa na muundo wa atomiki wa dutu.

Swali kutoka kwa watazamaji: Je, dhana "iliyoakisiwa" na "kupitishwa" inaweza kufafanuliwa?

Artem Oganov: Je! Kwa njia, ninaona kuwa spectra hizi za kunyonya huamua kwa nini cordierite ina rangi tofauti katika mwelekeo tofauti. Ukweli ni kwamba muundo wa kioo yenyewe - hasa, cordierite - inaonekana tofauti katika mwelekeo tofauti, na mwanga huingizwa tofauti katika maelekezo haya.

Nuru nyeupe ni nini? Hii ni wigo mzima kutoka nyekundu hadi violet, na wakati mwanga unapita kupitia kioo, sehemu ya safu hii inafyonzwa. Kwa mfano, kioo kinaweza kunyonya mwanga wa bluu, na unaweza kuona nini kitatokea kutokana na meza hii. Ikiwa unachukua mionzi ya bluu, pato litakuwa la machungwa, kwa hiyo unapoona kitu cha machungwa, ujue kwamba kinachukua katika safu ya bluu. Mwangaza uliotawanyika ni wakati una kikombe sawa cha Lycurgus kwenye meza, mwanga huanguka, na sehemu ya mwanga huu hutawanya na kugonga macho yako. Kueneza kwa mwanga hutii sheria tofauti kabisa na, hasa, inategemea ukubwa wa nafaka ya kitu. Shukrani kwa kutawanyika kwa mwanga, anga ni bluu. Kuna sheria ya kutawanya ya Rayleigh ambayo inaweza kutumika kuelezea rangi hizi.

Nilikuonyesha jinsi mali zinahusiana na muundo. Tutazingatia kwa ufupi sasa jinsi ya kutabiri muundo wa kioo. Hii ina maana kwamba tatizo la kutabiri miundo ya kioo ilionekana kuwa haiwezi kutatua hadi hivi karibuni. Shida yenyewe imeundwa kama ifuatavyo: jinsi ya kupata mpangilio wa atomi ambao hutoa utulivu wa hali ya juu - ambayo ni, nishati ya chini kabisa? Jinsi ya kufanya hivyo? Unaweza, kwa kweli, kupitia chaguzi zote za mpangilio wa atomi kwenye nafasi, lakini zinageuka kuwa kuna chaguzi nyingi kama hizi ambazo hautakuwa na wakati wa kutosha kuzipitia; mifumo, tuseme, yenye atomi 20, utahitaji zaidi ya muda wa maisha ya Ulimwengu ili kutatua michanganyiko hii yote inayowezekana kwenye kompyuta. Kwa hiyo, iliaminika kuwa tatizo hili haliwezi kutatuliwa. Walakini, shida hii ilitatuliwa kwa kutumia njia kadhaa, na njia bora zaidi, ingawa hii inaweza kuonekana isiyo ya kawaida, ilitengenezwa na kikundi changu. Njia hiyo inaitwa "Mafanikio", "USPEX", njia ya mageuzi, algorithm ya mageuzi, kiini ambacho nitajaribu kukuelezea sasa. Shida ni sawa na kupata kiwango cha juu cha ulimwengu kwenye uso wa pande nyingi - kwa unyenyekevu, wacha tuzingatie uso wa pande mbili, uso wa Dunia, ambapo unahitaji kupata mlima mrefu zaidi bila kuwa na ramani. Hebu tuweke jinsi mwenzangu wa Australia Richard Clegg alivyoweka - yeye ni wa Australia, anapenda kangaroos, na katika uundaji wake, kwa kutumia kangaroos, wanyama wasio na akili, unahitaji kuamua hatua ya juu juu ya uso wa Dunia. Kangaroo inaelewa tu maelekezo rahisi - kwenda juu, kwenda chini. Katika algorithm ya mabadiliko, tunaacha kikundi cha kangaroo, kwa nasibu, kwa pointi tofauti kwenye sayari na kutoa kila mmoja wao maagizo: kwenda juu ya kilima cha karibu. Nao wanakwenda. Kangaroo hizi zinapofika kwenye Milima ya Sparrow, kwa mfano, na zinapofika labda Elbrus, wale ambao hawakufika juu huondolewa na kurudishwa nyuma. Mwindaji anakuja, karibu nilisema, msanii, wawindaji anakuja na kupiga risasi, na wale ambao walinusurika wanapata haki ya kuzaliana. Na kutokana na hili, inawezekana kutambua maeneo yenye kuahidi zaidi kutoka kwa nafasi nzima ya utafutaji. Na hatua kwa hatua, kwa kupiga kangaruu juu zaidi, utasogeza idadi ya kangaroo hadi kiwango cha juu zaidi ulimwenguni. Kangaroos itazalisha watoto zaidi na wenye mafanikio zaidi, wawindaji watapiga kangaroo ambazo hupanda juu na juu, na hivyo idadi hii inaweza tu kuendeshwa kwa Everest.

Na hii ndio kiini cha njia za mageuzi. Kwa unyenyekevu, ninaacha maelezo ya kiufundi ya jinsi hii ilitekelezwa haswa. Na hapa kuna utekelezaji mwingine wa pande mbili wa njia hii, hapa ni uso wa nishati, tunahitaji kupata hatua ya bluest, hapa kuna miundo yetu ya awali, isiyo ya kawaida - hizi ni dots za ujasiri. Hesabu mara moja inaelewa ni nani kati yao ni mbaya, katika maeneo nyekundu na ya njano, na ni nani kati yao anayeahidi zaidi: katika maeneo ya bluu, ya kijani. Na hatua kwa hatua, wiani wa kupima maeneo ya kuahidi zaidi huongezeka hadi tupate muundo unaofaa zaidi, imara zaidi. Kuna mbinu tofauti za kutabiri miundo - mbinu za utafutaji wa random, annealing ya bandia, na kadhalika, lakini njia hii ya mabadiliko iligeuka kuwa yenye nguvu zaidi.

Jambo ngumu zaidi ni jinsi ya kuzalisha watoto kutoka kwa wazazi kwenye kompyuta. Jinsi ya kuchukua miundo ya wazazi wawili na kufanya mtoto kutoka kwao? Kwa kweli, kwenye kompyuta unaweza kufanya watoto sio tu kutoka kwa wazazi wawili, tulijaribu, tulijaribu kufanya watoto kutoka watatu, na kutoka kwa wanne. Lakini, kama inavyotokea, hii haiongoi kwa kitu chochote kizuri, kama vile maishani. Mtoto ni bora ikiwa ana wazazi wawili. Mzazi mmoja, kwa njia, pia anafanya kazi, wazazi wawili ni bora, lakini watatu au wanne hawafanyi kazi tena. Njia ya mageuzi ina vipengele kadhaa vya kuvutia, ambavyo, kwa njia, ni sawa na mageuzi ya kibiolojia. Tunaona jinsi, kutoka kwa miundo isiyopangwa, isiyo ya kawaida ambayo tunaanza nayo hesabu, iliyopangwa sana, ufumbuzi wa kuamuru sana hujitokeza wakati wa hesabu. Tunaona kwamba mahesabu yanafaa zaidi wakati idadi ya miundo ni tofauti zaidi. Idadi ya watu iliyo imara zaidi na iliyobaki zaidi ni watu wa aina mbalimbali. Kwa mfano, ninachopenda kuhusu Urusi ni kwamba kuna zaidi ya watu 150 nchini Urusi. Kuna watu wenye nywele nzuri, kuna watu wenye nywele nyeusi, kuna kila aina ya watu wa utaifa wa Caucasus kama mimi, na yote haya yanawapa utulivu wa watu wa Urusi na siku zijazo. Idadi ya watu wenye monotonous hawana wakati ujao. Hii inaweza kuonekana wazi kutoka kwa hesabu za mageuzi.

Je, tunaweza kutabiri kwamba aina thabiti ya kaboni kwenye shinikizo la angahewa ni grafiti? Ndiyo. Hesabu hii ni haraka sana. Lakini kando na grafiti, tunatoa suluhisho kadhaa za kuvutia kidogo zisizo na utulivu katika hesabu sawa. Na suluhisho hizi zinaweza pia kuvutia. Ikiwa tunaongeza shinikizo, grafiti sio imara tena. Na almasi ni thabiti, na tunaweza kupata hii kwa urahisi sana. Tazama jinsi hesabu inavyozalisha haraka almasi kutoka kwa miundo ya awali iliyoharibika. Lakini kabla ya kupatikana kwa almasi, idadi ya miundo ya kuvutia hutolewa. Kwa mfano, muundo huu. Wakati almasi ina pete za hexagonal, pete 5- na 7-gonal zinaonekana hapa. Muundo huu ni duni tu katika utulivu wa almasi, na mwanzoni tulifikiri kuwa ni udadisi, lakini basi ikawa kwamba hii ni aina mpya, kwa kweli iliyopo ya kaboni, ambayo hivi karibuni iligunduliwa na sisi na wenzetu. Hesabu hii ilifanywa katika anga milioni 1. Ikiwa tutaongeza shinikizo hadi anga milioni 20, almasi itakoma kuwa thabiti. Na badala ya almasi, muundo wa ajabu sana utakuwa imara, utulivu ambao kwa kaboni kwa shinikizo vile umekuwa watuhumiwa kwa miongo mingi, na hesabu yetu inathibitisha hili.

Sisi na wenzetu tumefanya mengi kwa kutumia njia hii; hapa kuna uteuzi mdogo wa uvumbuzi tofauti. Acha nizungumzie machache kati yao.

Kutumia njia hii, unaweza kuchukua nafasi ya ugunduzi wa maabara wa vifaa na ugunduzi wa kompyuta. Katika ugunduzi wa vifaa vya maabara, Edison alikuwa bingwa asiye na kifani, ambaye alisema: "Sijapata mapungufu elfu 10, nimepata njia elfu 10 tu ambazo hazifanyi kazi." Hii inakuambia ni majaribio ngapi na majaribio yasiyofanikiwa unayohitaji kufanya kabla ya kufanya ugunduzi halisi kwa kutumia njia hii, na kwa msaada wa muundo wa kompyuta unaweza kufikia mafanikio katika jaribio 1 kati ya 1, katika 100 kati ya 100, katika elfu 10 nje. ya elfu 10, hii ni yetu lengo ni kuchukua nafasi ya njia ya Edison na kitu chenye tija zaidi.

Sasa tunaweza kuongeza sio nishati tu, lakini mali yoyote. Mali rahisi zaidi ni msongamano, na nyenzo mnene zaidi inayojulikana hadi sasa ni almasi. Almaz ni mmiliki wa rekodi katika mambo mengi. Sentimita ya ujazo ya almasi ina atomi nyingi kuliko sentimita ya ujazo wa dutu nyingine yoyote. Diamond anashikilia rekodi ya ugumu, na pia ni dutu isiyoweza kubanwa sana inayojulikana. Rekodi hizi zinaweza kuvunjwa? Sasa tunaweza kuuliza kompyuta swali hili, na kompyuta itatoa jibu. Na jibu ni ndiyo, baadhi ya rekodi hizi zinaweza kuvunjwa. Ilibadilika kuwa ni rahisi sana kupiga almasi kwa suala la wiani; kuna aina nyingi za kaboni ambazo zina haki ya kuwepo, lakini bado hazijaunganishwa. Aina hizi za kaboni hupiga almasi sio tu kwa wiani, bali pia katika mali ya macho. Watakuwa na fahirisi za juu za kuakisi na mtawanyiko wa mwanga - hii inamaanisha nini? Fahirisi ya kuakisi ya almasi huipa almasi mng'ao wake usio na kifani na uakisi wa ndani wa mwanga - na mtawanyiko wa nuru unamaanisha kuwa mwanga mweupe utagawanyika katika wigo nyekundu hadi zambarau hata zaidi ya almasi. Kwa njia, nyenzo ambazo mara nyingi huchukua nafasi ya almasi katika sekta ya kujitia ni dioksidi ya zirconium ya ujazo, zirconia za ujazo. Ni bora kuliko almasi katika utawanyiko wa mwanga, lakini, kwa bahati mbaya, ni duni kwa almasi kwa uzuri. Na aina mpya za kaboni zitashinda almasi katika mambo yote mawili. Vipi kuhusu ugumu? Hadi 2003, iliaminika kuwa ugumu ni mali ambayo watu hawatawahi kujifunza kutabiri na kuhesabu Mnamo 2003, kila kitu kilibadilika na kazi ya wanasayansi wa Kichina, na msimu huu wa joto nilitembelea Chuo Kikuu cha Yangshan huko Uchina, ambapo nilipata digrii nyingine ya heshima ya profesa. , na huko nilimtembelea mwanzilishi wa nadharia hii yote. Tuliweza kuendeleza nadharia hii.

Hapa kuna jedwali linaloonyesha jinsi uamuzi uliokokotolewa wa ugumu unakubaliana na majaribio. Kwa vitu vingi vya kawaida makubaliano ni bora, lakini kwa grafiti mifano ilitabiri kuwa inapaswa kuwa ngumu sana, ambayo ni wazi kuwa ya uwongo. Tumeweza kuelewa na kurekebisha hitilafu hii. Na sasa, kwa kutumia mfano huu, tunaweza kutabiri kwa uaminifu ugumu wa dutu yoyote, na tunaweza kuuliza kompyuta swali lifuatalo: ni dutu gani ngumu zaidi? Je, inawezekana kuzidi almasi kwa ugumu? Watu wamekuwa wakifikiria juu ya hili kwa miongo mingi sana. Kwa hivyo ni muundo gani mgumu zaidi wa kaboni? Jibu lilikuwa la kukatisha tamaa: almasi, na hakuwezi kuwa na chochote kigumu zaidi katika kaboni. Lakini unaweza kupata miundo ya kaboni iliyo karibu na almasi kwa ugumu. Miundo ya kaboni ambayo iko karibu na almasi kwa ugumu kweli ina haki ya kuwepo. Na moja wapo ni ile niliyokuonyesha hapo awali, ikiwa na chaneli 5 na 7 za wanachama. Mnamo 2001, Dubrovinsky alipendekeza katika fasihi dutu ya ultra-ngumu - dioksidi ya titan iliaminika kuwa kwa suala la ugumu haikuwa duni sana kuliko almasi, lakini kulikuwa na mashaka. Jaribio lilikuwa na utata sana. Karibu vipimo vyote vya majaribio kutoka kwa kazi hiyo vilikanushwa mapema au baadaye: ilikuwa vigumu sana kupima ugumu kutokana na ukubwa mdogo wa sampuli. Lakini hesabu ilionyesha kwamba ugumu pia ulipimwa kimakosa katika jaribio hilo, na ugumu halisi wa titan dioksidi ni karibu mara 3 chini ya kile walichodai majaribio. Kwa hiyo, kwa msaada wa aina hii ya mahesabu, mtu anaweza hata kuhukumu ni jaribio gani linaloaminika na ambalo sio, hivyo mahesabu haya sasa yamepata usahihi wa juu.

Kuna hadithi nyingine iliyounganishwa na kaboni ambayo ningependa kukuambia - imetokea kwa haraka sana katika miaka 6 iliyopita. Lakini ilianza miaka 50 iliyopita, wakati watafiti wa Amerika walifanya jaribio lifuatalo: walichukua grafiti na kuikandamiza kwa shinikizo la angahewa elfu 150-200. Ikiwa grafiti inashinikizwa kwa joto la juu, inapaswa kugeuka kuwa almasi, aina ya kaboni iliyo imara zaidi kwa shinikizo la juu - hivi ndivyo almasi inavyotengenezwa. Ikiwa unafanya jaribio hili kwa joto la kawaida, basi almasi haiwezi kuunda. Kwa nini? Kwa sababu urekebishaji unaohitajika ili kubadilisha grafiti kuwa almasi ni kubwa mno, miundo ni tofauti sana, na kizuizi cha nishati ambacho lazima kiondolewe ni kikubwa mno. Na badala ya kuundwa kwa almasi, tutaona uundaji wa muundo mwingine, sio imara zaidi, lakini ule ulio na kizuizi cha juu zaidi cha malezi. Tulipendekeza muundo huo - na kuiita M-kaboni, hii ni muundo sawa na pete za 5 na 7; marafiki zangu Waarmenia huiita kwa mzaha "moocarbon-shmoocarbon." Ilibadilika kuwa muundo huu unaelezea kikamilifu matokeo ya jaribio hilo miaka 50 iliyopita, na jaribio lilirudiwa mara nyingi. Jaribio, kwa njia, ni nzuri sana - kwa kukandamiza grafiti (metali nyeusi, laini, isiyo wazi) kwenye joto la kawaida, chini ya shinikizo watafiti walipata uwazi usio na chuma usio na chuma: mabadiliko ya ajabu kabisa! Lakini hii sio almasi, mali zake haziendani na almasi, na muundo wetu wa dhahania ulielezea kikamilifu mali ya dutu hii. Tulifurahi sana, tukaandika nakala na kuichapisha kwenye jarida la kifahari Barua za Mapitio ya Kimwili, na tukapumzika kwa heshima yetu kwa mwaka mzima. Mwaka mmoja baadaye, wanasayansi wa Amerika na Kijapani walipata muundo mpya, tofauti kabisa na huo, huu, na pete 4 na 8 za wanachama. Muundo huu ni tofauti kabisa na wetu, lakini unaelezea data ya majaribio karibu pia. Shida ni kwamba data ya majaribio ilikuwa ya azimio la chini, na miundo mingine mingi inawafaa. Miezi mingine sita ilipita, Mchina anayeitwa Wang alipendekeza W-carbon, na W-carbon pia alielezea data ya majaribio. Muda si muda hadithi hiyo ikawa ya kustaajabisha - vikundi vipya vya Wachina vilijiunga nayo, na Wachina wanapenda kuzalisha, na walitoa miundo kama 40, na yote yanafaa data ya majaribio: P-, Q-, R-, S-carbon, Q- kaboni, X -, Y-, Z-kaboni, M10-kaboni inajulikana, X'-carbon, na kadhalika - alfabeti tayari haipo. Kwa hivyo ni nani aliye sawa? Kwa ujumla, mwanzoni M-carbon yetu ilikuwa na haki sawa za kudai haki kama kila mtu mwingine.

Jibu kutoka kwa hadhira: Kila mtu yuko sawa.

Artem Oganov: Hili pia halifanyiki! Ukweli ni kwamba asili daima huchagua ufumbuzi uliokithiri. Sio tu watu ni watu wenye msimamo mkali, lakini asili pia ni kali. Kwa joto la juu, asili huchagua hali imara zaidi, kwa sababu kwa joto la juu unaweza kupitia kizuizi chochote cha nishati, na kwa joto la chini, asili huchagua kizuizi kidogo zaidi, na kunaweza kuwa na mshindi mmoja tu. Kunaweza kuwa na bingwa mmoja tu - lakini ni nani haswa? Unaweza kufanya jaribio la juu-azimio, lakini watu walijaribu kwa miaka 50 na hakuna mtu aliyefanikiwa, matokeo yote yalikuwa ya ubora duni. Unaweza kufanya hesabu. Na katika hesabu mtu anaweza kuzingatia vikwazo vya uanzishaji kwa malezi ya miundo hii yote 40. Lakini, kwanza, Wachina bado wanatengeneza muundo mpya na mpya, na haijalishi unajaribu kiasi gani, bado kutakuwa na Wachina ambao watasema: Nina muundo mwingine, na utahesabu haya kwa maisha yako yote. vikwazo mpaka upelekwe kwenye mapumziko yanayostahili. Huu ni ugumu wa kwanza. Ugumu wa pili ni kwamba kuhesabu vikwazo vya uanzishaji ni vigumu sana katika mabadiliko ya hali imara; Ukweli ni kwamba mabadiliko haya hayatokea katika kioo nzima, lakini kwanza katika kipande kidogo - kiinitete, na kisha kuenea ndani ya kiinitete na zaidi. Na kuiga kiinitete hiki ni kazi ngumu sana. Lakini tulipata njia kama hiyo, njia ambayo ilitengenezwa mapema na wanasayansi wa Austria na Amerika, na tukaibadilisha kwa kazi yetu. Tuliweza kurekebisha njia hii kwa namna ambayo kwa pigo moja tuliweza kutatua tatizo hili mara moja na kwa wote. Tulileta shida kama ifuatavyo: ikiwa utaanza na grafiti, hali ya awali imefafanuliwa kabisa, na hali ya mwisho imefafanuliwa wazi - aina yoyote ya tetrahedral, sp3-hybridized ya kaboni (na haya ndio majimbo tunayotarajia chini ya shinikizo), basi ni kipi kati ya vikwazo kitakuwa cha chini zaidi? Njia hii inaweza kuhesabu vizuizi na kupata kizuizi cha chini, lakini ikiwa tutafafanua hali ya mwisho kama mkusanyiko wa miundo tofauti, basi tunaweza kutatua shida kabisa. Tulianza hesabu kwa njia ya mabadiliko ya almasi ya grafiti kama "mbegu" tunajua kuwa mabadiliko haya hayazingatiwi katika majaribio, lakini tulivutiwa na kile ambacho hesabu ingefanya na mabadiliko haya. Tulingoja kidogo (kwa kweli, hesabu hii ilichukua miezi sita kwenye kompyuta kubwa) - na hesabu ilitupa M-kaboni badala ya almasi.

Kwa ujumla, lazima niseme, mimi ni mtu mwenye bahati sana, nilikuwa na nafasi ya 1/40 ya kushinda, kwa sababu kulikuwa na miundo kama 40 ambayo ilikuwa na nafasi sawa ya kushinda, lakini nilitoa tikiti ya bahati nasibu tena. M-carbon yetu ilishinda, tulichapisha matokeo yetu katika jarida jipya la kifahari Ripoti za Kisayansi - jarida jipya la kikundi cha Nature, na mwezi mmoja baada ya kuchapisha matokeo yetu ya kinadharia, jarida hilohilo lilichapisha matokeo ya jaribio la azimio la juu la mara ya kwanza baada ya miaka 50 kupokelewa. Watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Yale walifanya jaribio la azimio la juu na walijaribu miundo yote hii, na ikawa kwamba M-carbon pekee inakidhi data zote za majaribio. Na sasa katika orodha ya fomu za kaboni kuna allotrope nyingine iliyoanzishwa kwa majaribio na kinadharia ya kaboni, M-carbon.

Hebu nitaje mabadiliko moja zaidi ya alkemikali. Chini ya shinikizo, vitu vyote vinatarajiwa kugeuka kuwa chuma, mapema au baadaye dutu yoyote itakuwa chuma. Nini kitatokea kwa dutu ambayo hapo awali tayari ni chuma? Kwa mfano, sodiamu. Sodiamu sio tu chuma kabisa, lakini chuma cha kushangaza, kilichoelezwa na mfano wa elektroni wa bure, yaani, ni kesi ya kikomo ya chuma nzuri. Ni nini hufanyika ikiwa utapunguza sodiamu? Inageuka kuwa sodiamu haitakuwa tena chuma nzuri - mwanzoni, sodiamu itageuka kuwa chuma cha sura moja, yaani, itafanya umeme katika mwelekeo mmoja tu. Kwa shinikizo la juu zaidi, tulitabiri kwamba sodiamu itapoteza uthabiti wake kabisa na kugeuka kuwa dielectri yenye uwazi nyekundu, na kwamba ikiwa shinikizo ingeongezwa hata zaidi, itakuwa isiyo na rangi, kama kioo. Kwa hivyo - unachukua chuma cha fedha, itapunguza - kwanza inageuka kuwa chuma kibaya, nyeusi kama makaa ya mawe, itapunguza zaidi - inageuka kuwa kioo nyekundu ya uwazi, inayokumbusha nje ya ruby, na kisha inakuwa nyeupe, kama kioo. Tulitabiri hili, na jarida la Nature, ambapo tuliwasilisha, lilikataa kuchapisha. Mhariri alirudisha maandishi ndani ya siku chache na kusema: hatuamini, ni ya kigeni sana. Tulipata mjaribio, Mikhail Eremets, ambaye alikuwa tayari kujaribu utabiri huu - na hapa ndio matokeo. Kwa shinikizo la Gigapascals 110, hii ni anga milioni 1.1, bado ni chuma cha fedha, katika anga milioni 1.5 ni chuma mbaya, nyeusi kama makaa ya mawe. Katika anga milioni 2 ni uwazi nyekundu isiyo ya chuma. Na tayari kwa jaribio hili tulichapisha matokeo yetu kwa urahisi sana. Hii, kwa njia, ni hali ya kigeni ya suala, kwa sababu elektroni hazijaenea tena katika nafasi (kama katika metali) na hazijawekwa kwenye atomi au vifungo (kama katika vitu vya ionic na covalent) - elektroni za valence, ambayo ilitoa sodiamu na metali, zimewekwa katika nafasi ya voids, ambapo hakuna atomi, na zimewekwa kwa nguvu sana. Dutu kama hiyo inaweza kuitwa electride, i.e. chumvi, ambapo jukumu la ioni zilizo na chaji hasi, anions, haichezwi na atomi (sema, fluorine, klorini, oksijeni), lakini kwa vipande vya msongamano wa elektroni, na aina yetu ya sodiamu ndio mfano rahisi na wa kushangaza zaidi wa elektroni inayojulikana. .

Aina hii ya hesabu pia inaweza kutumika kuelewa kiini cha mambo ya ndani ya dunia na sayari. Tunajifunza kuhusu hali ya mambo ya ndani ya dunia hasa kutokana na data isiyo ya moja kwa moja, kutoka kwa data ya seismological. Tunajua kuwa kuna msingi wa chuma wa Dunia, haswa unaojumuisha chuma, na ganda lisilo la chuma, linalojumuisha silikati za magnesiamu, inayoitwa vazi, na juu ya uso kuna ukoko nyembamba wa dunia ambayo tunaishi. , na ambayo tunajua vizuri sana. Na mambo ya ndani ya Dunia ni karibu kabisa haijulikani kwetu. Kwa kupima moja kwa moja tunaweza kusoma tu uso wa Dunia sana. Kisima kirefu zaidi ni kisima cha Kola, kina chake ni kilomita 12.3, kilichochimbwa huko USSR, hakuna mtu anayeweza kuchimba zaidi. Wamarekani walijaribu kuchimba visima, wakafilisika kwenye mradi huu na kuusimamisha. Waliwekeza pesa nyingi katika USSR, kuchimba hadi kilomita 12, kisha perestroika ilifanyika na mradi huo ukagandishwa. Lakini radius ya Dunia ni kubwa mara 500, na hata kina kisima cha Kola kilichimbwa tu kwenye uso wa sayari. Lakini dutu ya kina cha Dunia huamua uso wa Dunia: matetemeko ya ardhi, volkano, drift ya bara. Sehemu ya sumaku huundwa katika msingi wa Dunia, ambayo hatutawahi kufikia. Upitishaji wa msingi wa nje ulioyeyushwa wa Dunia unawajibika kwa uundaji wa uwanja wa sumaku wa Dunia. Kwa njia, msingi wa ndani wa Dunia ni thabiti, na wa nje umeyeyuka, ni kama pipi ya chokoleti iliyoyeyuka, na ndani kuna nati - hivi ndivyo unavyoweza kufikiria msingi wa Dunia. Upitishaji wa vazi dhabiti la Dunia ni polepole sana, kasi yake ni karibu sentimita 1 kwa mwaka; mikondo ya joto zaidi huenda juu, baridi zaidi kwenda chini, na hii ni harakati convective ya vazi la dunia na ni wajibu wa drift bara, volkano, na matetemeko ya ardhi.

Swali muhimu ni joto gani katikati ya Dunia? Tunajua shinikizo kutoka kwa mifano ya seismological, lakini mifano hii haitoi joto. Joto hufafanuliwa kama ifuatavyo: tunajua kwamba msingi wa ndani ni imara, msingi wa nje ni kioevu, na kwamba msingi ni wa chuma. Kwa hivyo ikiwa unajua kiwango cha kuyeyuka cha chuma kwa kina hicho, basi unajua joto la msingi kwa kina hicho. Majaribio yalifanywa, lakini walitoa kutokuwa na uhakika wa digrii elfu 2, na mahesabu yalifanywa, na mahesabu yalikomesha suala hili. Kiwango cha kuyeyuka cha chuma kwenye mpaka wa msingi wa ndani na nje kiligeuka kuwa digrii elfu 6.4 za Kelvin. Lakini wakati wanajiofizikia walipojifunza kuhusu matokeo haya, ikawa kwamba joto hili lilikuwa la juu sana ili kuzalisha kwa usahihi sifa za uwanja wa magnetic wa Dunia - joto hili lilikuwa la juu sana. Na kisha wanafizikia walikumbuka kwamba, kwa kweli, msingi sio chuma safi, lakini ina uchafu mbalimbali. Bado hatujui ni zipi haswa, lakini kati ya watahiniwa ni oksijeni, silikoni, salfa, kaboni na hidrojeni. Kwa kutofautisha uchafu tofauti na kulinganisha athari zao, iliwezekana kuelewa kwamba kiwango cha kuyeyuka kinapaswa kupunguzwa kwa digrii 800 hivi. Digrii 5600 Kelvin ni halijoto kwenye mpaka wa chembe za ndani na nje za Dunia, na makadirio haya kwa sasa yanakubaliwa kwa ujumla. Athari hii ya kupunguza joto na uchafu, kupungua kwa eutectic ya kiwango cha kuyeyuka, inajulikana sana, kwa sababu ya athari hii viatu vyetu vinateseka wakati wa baridi - barabara hunyunyizwa na chumvi ili kupunguza kiwango cha theluji, na shukrani kwa hili. , theluji imara na barafu hugeuka kuwa hali ya kioevu, na viatu vyetu vinakabiliwa na maji haya ya chumvi.

Lakini labda mfano wenye nguvu zaidi wa jambo hili hili ni aloi ya Wood - aloi ambayo ina metali nne, kuna bismuth, risasi, bati na cadmium, kila moja ya metali hizi ina kiwango cha juu cha kuyeyuka, lakini athari ya kupunguzwa kwa pande zote. kiwango myeyuko hufanya kazi vizuri sana hivi kwamba aloi ya Wood inayeyuka katika maji yanayochemka. Nani anataka kufanya jaribio hili? Kwa njia, nilinunua sampuli hii ya aloi ya Wood huko Yerevan kwenye soko nyeusi, ambayo pengine itatoa uzoefu huu ladha ya ziada.

Mimina maji ya moto, na nitashikilia aloi ya Wood, na utaona jinsi matone ya aloi ya Wood yataanguka kwenye kioo.

Matone yanaanguka - hiyo inatosha. Inayeyuka kwa joto la maji ya moto.

Na athari hii hutokea katika msingi wa Dunia, kutokana na hili kiwango cha kuyeyuka cha aloi ya feri hupungua. Lakini sasa swali linalofuata ni: msingi unajumuisha nini? Tunajua kuwa kuna chuma kingi huko na kuna vipengee vya ufuatiliaji nyepesi, tuna wagombea 5. Tulianza na wagombea ambao wana uwezekano mdogo zaidi - kaboni na hidrojeni. Ni lazima kusemwa kwamba hadi hivi majuzi, watu wachache walizingatia wagombea hawa wote wawili walionekana kutowezekana. Tuliamua kuiangalia. Pamoja na Zulfiya Bazhanova, mfanyakazi wa Chuo Kikuu cha Jimbo la Moscow, tuliamua kuchukua suala hili, kutabiri miundo thabiti na nyimbo thabiti za carbides za chuma na hidridi katika hali ya msingi wa Dunia. Pia tulifanya hivyo kwa silicon, ambapo hatukupata mshangao wowote maalum, lakini kwa kaboni ikawa kwamba misombo hiyo ambayo ilionekana kuwa imara kwa miongo mingi kwa kweli inageuka kuwa imara kwa shinikizo la msingi wa Dunia. Na inageuka kuwa kaboni ni mgombea mzuri sana, kwa kweli kaboni pekee inaweza kuelezea mali nyingi za msingi wa ndani wa Dunia kikamilifu, kinyume na kazi ya awali. Haidrojeni iligeuka kuwa mgombea maskini; hidrojeni peke yake haiwezi kuelezea mali moja ya msingi wa Dunia. Hidrojeni inaweza kuwepo kwa kiasi kidogo, lakini haiwezi kuwa kipengele kikuu cha kufuatilia katika msingi wa Dunia. Kwa hidridi hidrojeni chini ya shinikizo, tuligundua mshangao - ikawa kwamba kuna kiwanja imara na formula ambayo inapingana na kemia ya shule. Mkemia wa kawaida ataandika fomula ya hidridi hidrojeni kama FeH 2 na FeH 3 kwa ujumla, FeH pia inaonekana chini ya shinikizo, na wamekubaliana na hili - lakini ukweli kwamba FeH 4 inaweza kuonekana chini ya shinikizo ilikuwa mshangao wa kweli. Ikiwa watoto wetu wataandika fomula ya FeH 4 shuleni, ninahakikisha kwamba watapata alama mbaya katika kemia, uwezekano mkubwa hata katika robo. Lakini inageuka kuwa chini ya shinikizo sheria za kemia zinakiukwa - na misombo hiyo ya kigeni hutokea. Lakini, kama nilivyokwisha sema, hidridi za chuma haziwezekani kuwa muhimu kwa mambo ya ndani ya Dunia kuna uwezekano mkubwa wa kuwapo kwa idadi kubwa, lakini kuna uwezekano mkubwa wa kaboni.

Na hatimaye, mfano wa mwisho ni juu ya vazi la Dunia, au tuseme, juu ya mpaka kati ya msingi na vazi, safu inayoitwa "D", ambayo ina mali ya ajabu sana. Moja ya mali ilikuwa anisotropy ya uenezi wa mawimbi ya seismic, mawimbi ya sauti: katika mwelekeo wa wima na katika mwelekeo wa usawa kasi hutofautiana kwa kiasi kikubwa. Kwa nini iko hivi? Kwa muda mrefu haikuwezekana kuelewa. Inabadilika kuwa muundo mpya wa silicate ya magnesiamu huundwa kwenye safu kwenye mpaka wa msingi wa Dunia na vazi. Tuliweza kuelewa hili miaka 8 iliyopita. Wakati huo huo, sisi na wenzetu wa Kijapani tulichapisha karatasi 2 katika Sayansi na Hali, ambayo ilithibitisha kuwepo kwa muundo huu mpya. Mara moja ni wazi kwamba muundo huu unaonekana tofauti kabisa katika mwelekeo tofauti, na mali zake zinapaswa kutofautiana kwa njia tofauti - ikiwa ni pamoja na mali ya elastic ambayo ni wajibu wa uenezi wa mawimbi ya sauti. Kwa msaada wa muundo huu, iliwezekana kuelezea makosa yote ya kimwili ambayo yaligunduliwa na kusababisha shida kwa miaka mingi, mingi. Iliwezekana hata kufanya utabiri kadhaa.

Hasa, sayari ndogo kama vile Mercury na Mars hazitakuwa na safu kama safu ya D. Hakuna shinikizo la kutosha huko ili kuimarisha muundo huu. Iliwezekana pia kufanya utabiri kwamba Dunia inapopoa, safu hii inapaswa kukua, kwa sababu utulivu wa post-perovskite huongezeka kwa kupungua kwa joto. Inawezekana kwamba wakati Dunia iliundwa, safu hii haikuwepo kabisa, lakini ilizaliwa katika awamu ya mwanzo ya maendeleo ya sayari yetu. Na yote haya yanaweza kueleweka kwa shukrani kwa utabiri wa miundo mpya ya vitu vya fuwele.

Jibu kutoka kwa hadhira: Shukrani kwa algorithm ya maumbile.

Artem Oganov: Ndio, ingawa hadithi hii ya hivi punde kuhusu post-perovskite ilitangulia uvumbuzi wa njia hii ya mageuzi. Kwa njia, alinihimiza kubuni njia hii.

Jibu kutoka kwa hadhira: Kwa hiyo algorithm hii ya maumbile ni umri wa miaka 100, hawajafanya kitu kingine chochote.

Artem Oganov: Algorithm hii iliundwa na mimi na mwanafunzi wangu aliyehitimu mnamo 2006. Kwa njia, kuiita "jeni" si sahihi; jina sahihi zaidi ni "mageuzi." Algorithms ya mageuzi ilionekana katika miaka ya 70, na wamepata matumizi katika nyanja nyingi za teknolojia na sayansi. Kwa mfano, magari, meli na ndege - zimeboreshwa kwa kutumia algorithms ya mabadiliko. Lakini kwa kila shida mpya algorithm ya mabadiliko ni tofauti kabisa. Algorithms ya mageuzi sio njia moja, lakini kundi kubwa la njia, eneo kubwa la hesabu iliyotumika, na kwa kila aina mpya ya shida, njia mpya lazima igunduliwe.

Jibu kutoka kwa hadhira: Hisabati gani? Ni maumbile.

Artem Oganov: Hii sio genetics - hii ni hisabati. Na kwa kila shida mpya unahitaji kuvumbua algorithm yako mpya kutoka mwanzo. Na watu kabla yetu walijaribu kuvumbua algoriti za mageuzi na kuzibadilisha ili kutabiri miundo ya fuwele. Lakini walichukua algorithms kutoka kwa nyanja zingine pia halisi - na haikufanya kazi, kwa hivyo tulilazimika kuunda njia mpya kutoka mwanzo, na ikawa na nguvu sana. Ingawa uwanja wa algorithms ya mageuzi umekuwepo kwa muda mrefu kama nimekuwa - angalau tangu 1975 - kutabiri miundo ya fuwele kunahitaji juhudi nyingi kuunda njia ya kufanya kazi.

Mifano hizi zote nilizokupa zinaonyesha jinsi kuelewa muundo wa jambo na uwezo wa kutabiri muundo wa suala husababisha kubuni ya vifaa vipya ambavyo vinaweza kuwa na mali ya kuvutia ya macho, mali ya mitambo, mali ya elektroniki. Nyenzo zinazounda mambo ya ndani ya Dunia na sayari zingine. Katika kesi hii, unaweza kutatua matatizo mbalimbali ya kuvutia kwenye kompyuta kwa kutumia njia hizi. Wenzangu na watumiaji zaidi ya 1000 wa njia yetu katika sehemu mbalimbali za dunia walitoa mchango mkubwa katika maendeleo ya njia hii na matumizi yake. Acha niwashukuru kwa dhati watu hawa wote na waandaaji wa hotuba hii, na wewe kwa umakini wako.

Majadiliano ya hotuba

Boris Dolgin: Asante sana! Asante sana, Artyom, asante sana kwa waandaaji waliotupa jukwaa la toleo hili la mihadhara ya umma, asante sana RVC, ambayo ilituunga mkono katika mpango huu, nina hakika kwamba utafiti wa Artyom utaendelea, ambao ina maana kwamba nyenzo mpya itaonekana kwa ajili ya hotuba yake hapa, hapa, kwa sababu ni lazima kusema kwamba baadhi ya yale yaliyosikika leo kwa kweli hayakuwepo wakati wa mihadhara ya awali, kwa hiyo ni mantiki.

Swali kutoka kwa watazamaji: Tafadhali niambie jinsi ya kuhakikisha joto la chumba kwa shinikizo kubwa kama hilo? Mfumo wowote wa deformation ya plastiki unaambatana na kutolewa kwa joto. Kwa bahati mbaya, hukutaja hili.

Artem Oganov: Jambo ni kwamba yote inategemea jinsi unavyofanya compression haraka. Ikiwa ukandamizaji unafanywa kwa haraka sana, kwa mfano, katika mawimbi ya mshtuko, basi ni lazima kuongozana na ukandamizaji mkali wa joto husababisha kuongezeka kwa joto. Ikiwa unafanya ukandamizaji polepole, basi sampuli ina muda wa kutosha wa kubadilishana joto na mazingira yake na kuja katika usawa wa joto na mazingira yake.

Swali kutoka kwa watazamaji: Na je, usakinishaji wako ulikuruhusu kufanya hivi?

Artem Oganov: Jaribio halikufanywa na mimi, nilifanya mahesabu na nadharia tu. Sijiruhusu kufanya majaribio kwa sababu ya udhibiti wa ndani. Na majaribio yalifanywa katika vyumba vilivyo na almasi, ambapo sampuli imebanwa kati ya almasi mbili ndogo. Katika majaribio hayo, sampuli ina muda mwingi wa kufikia usawa wa joto kwamba swali halitoke.

Kiini cha utafutaji wa muundo thabiti zaidi huja chini ya kuhesabu hali ya jambo ambalo lina nishati ya chini zaidi. Nishati katika kesi hii inategemea mwingiliano wa sumakuumeme ya nuclei na elektroni za atomi zinazounda kioo chini ya utafiti. Inaweza kukadiriwa kwa kutumia hesabu za kimitambo za quantum kulingana na mlinganyo uliorahisishwa wa Schrödinger. Hivi ndivyo algorithm ya USPEX inavyotumia nadharia ya utendaji wa msongamano, ambayo ilikua katika nusu ya pili ya karne iliyopita. Kusudi lake kuu ni kurahisisha mahesabu ya muundo wa elektroniki wa molekuli na fuwele. Nadharia hiyo inafanya uwezekano wa kuchukua nafasi ya kazi ya wimbi la elektroni nyingi na wiani wa elektroni, wakati inabaki kuwa sahihi rasmi (lakini kwa kweli, makadirio hayaepukiki). Kwa mazoezi, hii inasababisha kupunguzwa kwa ugumu wa mahesabu na, kwa sababu hiyo, wakati uliotumika juu yao. Kwa hivyo, mahesabu ya mitambo ya quantum yanajumuishwa na algorithm ya mageuzi katika USPEX (Mchoro 2). Algorithm ya mageuzi inafanyaje kazi?

Unaweza kutafuta miundo yenye nishati ya chini kabisa kwa nguvu ya kikatili: kuweka kwa nasibu atomi zinazohusiana na kila mmoja na kuchambua kila hali kama hiyo. Lakini kwa kuwa idadi ya chaguzi ni kubwa (hata ikiwa kuna atomi 10 tu, kutakuwa na uwezekano wa bilioni 100 kwa mpangilio wao kuhusiana na kila mmoja), hesabu ingechukua muda mwingi. Kwa hiyo, wanasayansi waliweza kufikia mafanikio tu baada ya kuendeleza njia ya ujanja zaidi. Algorithm ya USPEX inategemea mbinu ya mageuzi (Mchoro 2). Kwanza, idadi ndogo ya miundo huzalishwa kwa nasibu na nishati yao huhesabiwa. Mfumo huondoa chaguo na nishati ya juu zaidi, yaani, imara zaidi, na hutoa sawa kutoka kwa wale walio imara zaidi na kuhesabu. Wakati huo huo, kompyuta inaendelea kutoa miundo mipya kwa nasibu ili kudumisha utofauti wa idadi ya watu, ambayo ni hali muhimu kwa mageuzi yenye mafanikio.

Kwa hivyo, mantiki iliyochukuliwa kutoka kwa biolojia ilisaidia kutatua tatizo la kutabiri miundo ya fuwele. Ni vigumu kusema kwamba kuna jeni katika mfumo huu, kwa sababu miundo mpya inaweza kutofautiana na watangulizi wao katika vigezo tofauti sana. "Watu" waliobadilishwa zaidi kwa hali ya uteuzi huacha watoto, ambayo ni, algorithm, kujifunza kutoka kwa makosa yake, huongeza nafasi za kufaulu katika jaribio linalofuata. Mfumo hupata haraka chaguo na nishati ya chini kabisa na huhesabu kwa ufanisi hali hiyo wakati kitengo cha kimuundo (kiini) kina makumi na hata mamia ya kwanza ya atomi, ambapo algorithms ya awali haikuweza kukabiliana na hata kumi.

Mojawapo ya kazi mpya zilizowekwa kwa USPEX katika MIPT ni kutabiri muundo wa juu wa protini kutoka kwa mfuatano wao wa asidi ya amino. Tatizo hili la biolojia ya kisasa ya molekuli ni mojawapo ya muhimu. Kwa ujumla, wanasayansi wanakabiliwa na kazi ngumu sana pia kwa sababu ni vigumu kuhesabu nishati kwa molekuli tata kama protini. Kulingana na Artem Oganov, algorithm yake tayari inaweza kutabiri muundo wa peptidi takriban 40 amino asidi.

Video 2. Polima na biopolymers. Polima ni vitu gani? Muundo wa polima ni nini? Je, matumizi ya nyenzo za polima ni ya kawaida kiasi gani? Profesa, PhD katika Crystallography Artem Oganov anazungumza juu ya hili.

Ufafanuzi wa USPEX

Katika moja ya makala yake maarufu ya sayansi, Artem Oganov (Mchoro 3) anaelezea USPEX kama ifuatavyo:

"Hapa kuna mfano wa kielelezo kuonyesha wazo la jumla. Fikiria kwamba unahitaji kupata mlima mrefu zaidi juu ya uso wa sayari isiyojulikana ambapo giza kamili linatawala. Ili kuokoa rasilimali, ni muhimu kuelewa kwamba hatuhitaji ramani kamili ya misaada, lakini tu hatua yake ya juu.

Kielelezo 3. Artem Romaevich Oganov

Unatua kikosi kidogo cha bioroboti kwenye sayari, ukizituma moja baada ya nyingine hadi mahali pasipo mpangilio. Maagizo ambayo kila roboti lazima ifuate ni kutembea juu ya uso dhidi ya nguvu za mvuto na hatimaye kufikia kilele cha kilima kilicho karibu zaidi, viwianishi vyake ambavyo lazima viripoti kwa msingi wa obiti. Hatuna pesa za kikundi kikubwa cha utafiti, na uwezekano kwamba moja ya roboti itapanda mlima mrefu zaidi ni mdogo sana. Hii ina maana kwamba ni muhimu kutumia kanuni inayojulikana ya sayansi ya kijeshi ya Kirusi: "pigana si kwa idadi, lakini kwa ustadi," ambayo inatekelezwa hapa kwa namna ya mbinu ya mageuzi. Kuchukua fani ya jirani yao wa karibu, roboti hukutana na kuzaliana aina zao wenyewe, zikiwaweka kando ya mstari kati ya wima "zao". Watoto wa biorobots huanza kutekeleza maagizo sawa: wanahamia kwenye mwelekeo wa mwinuko wa misaada, wakichunguza eneo kati ya vilele viwili vya "wazazi" wao. Wale "watu" ambao walipata wima chini ya kiwango cha wastani wanakumbushwa (hivi ndivyo uteuzi unavyofanywa) na kuingizwa tena bila mpangilio (hivi ndivyo utunzaji wa "anuwai za kijeni" za idadi ya watu zinavyowekwa)."

Jinsi ya kukadiria kutokuwa na uhakika ambayo USPEX inafanya kazi nayo? Unaweza kuchukua tatizo na jibu sahihi linalojulikana mapema na kulitatua mara 100 kwa kujitegemea kwa kutumia algorithm. Ikiwa jibu sahihi linapatikana katika kesi 99, basi uwezekano wa kosa la hesabu itakuwa 1%. Kwa kawaida, utabiri sahihi hupatikana kwa uwezekano wa 98-99% wakati idadi ya atomi katika seli ya kitengo ni 40.

Algorithm ya mabadiliko ya USPEX imesababisha uvumbuzi mwingi wa kuvutia na hata kwa maendeleo ya aina mpya ya kipimo cha dawa, ambayo itajadiliwa hapa chini. Ninashangaa nini kitatokea wakati kizazi kipya cha kompyuta kubwa kitatokea? Algorithm ya kutabiri miundo ya fuwele itabadilika sana? Kwa mfano, wanasayansi wengine wanatengeneza kompyuta za quantum. Katika siku zijazo, watakuwa na ufanisi zaidi kuliko wale wa kisasa zaidi. Kulingana na Artem Oganov, algorithms ya mageuzi itahifadhi nafasi yao ya kuongoza, lakini itaanza kufanya kazi kwa kasi zaidi.

Maeneo ya kazi ya maabara: kutoka thermoelectrics hadi madawa ya kulevya

USPEX iligeuka kuwa sio tu algorithm inayofaa, lakini pia inafanya kazi nyingi. Kwa sasa, chini ya uongozi wa Artem Oganov, kazi nyingi za kisayansi zinafanywa katika maeneo mbalimbali. Baadhi ya miradi ya hivi punde ni pamoja na majaribio ya kuiga nyenzo mpya za umeme wa joto na kutabiri muundo wa protini.

"Tuna miradi kadhaa, mojawapo ni utafiti wa vifaa vya chini-dimensional kama vile nanoparticles, vifaa vya uso, Mwingine ni kusoma kemikali chini ya shinikizo la juu. Pia kuna mradi wa kuvutia unaohusiana na utabiri wa vifaa vipya vya thermoelectric. Sasa tunajua tayari kwamba kurekebisha njia ya kutabiri miundo ya kioo ambayo tulikuja nayo kwa matatizo ya thermoelectric inafanya kazi kwa ufanisi. Kwa sasa, tuko tayari kwa mafanikio makubwa, ambayo yanapaswa kusababisha ugunduzi wa vifaa vipya vya thermoelectric. Tayari ni wazi kwamba njia tuliyounda kwa thermoelectrics ni nguvu sana, vipimo vinavyofanyika vinafanikiwa. Na tuko tayari kabisa kutafuta nyenzo mpya. Pia tunahusika katika utabiri na utafiti wa superconductors mpya za joto la juu. Tunajiuliza swali la kutabiri muundo wa protini. Hii ni kazi mpya kwetu na ya kuvutia sana."

Inafurahisha, USPEX tayari imeleta faida hata kwa dawa: "Zaidi ya hayo, tunatengeneza dawa mpya. Hasa, tulitabiri, kupata na kuweka hati miliki dawa mpya,- anasema A.R. Oganov. - Ni 4-aminopyridine hidrati, dawa ya sclerosis nyingi".

Tunazungumza juu ya dawa iliyopewa hati miliki hivi karibuni na Valery Roizen (Mchoro 4), Anastasia Naumova na Artem Oganov, dawa ambayo inaruhusu matibabu ya dalili ya sclerosis nyingi. Hati miliki iko wazi, ambayo itasaidia kupunguza bei ya dawa. Multiple sclerosis ni ugonjwa sugu wa autoimmune, ambayo ni, moja ya pathologies hizo wakati mfumo wa kinga ya mtu hudhuru mwenyeji. Hii inaharibu sheath ya myelini ya nyuzi za ujasiri, ambayo kwa kawaida hufanya kazi ya kuhami umeme. Ni muhimu sana kwa utendaji wa kawaida wa neurons: sasa inapita kupitia nje ya seli za ujasiri zilizofunikwa na myelini mara 5-10 kwa kasi zaidi kuliko kwa njia zisizofunikwa. Kwa hiyo, sclerosis nyingi husababisha usumbufu katika utendaji wa mfumo wa neva.

Sababu za msingi za sclerosis nyingi bado hazijulikani. Maabara nyingi duniani kote zinajaribu kuzielewa. Nchini Urusi, hii inafanywa na maabara ya biocatalysis katika Taasisi ya Kemia ya Bioorganic.

Mchoro 4. Valery Roizen ni mmoja wa waandishi wa hati miliki ya dawa ya sclerosis nyingi, mfanyakazi wa maabara kwa muundo wa vifaa vya kompyuta, kukuza aina mpya za kipimo cha dawa na kushiriki kikamilifu katika kukuza sayansi.

Video 3. Mihadhara maarufu ya sayansi na Valery Roizen "Fuwele za ladha." Utajifunza kuhusu kanuni za jinsi madawa ya kulevya hufanya kazi, umuhimu wa aina ya utoaji wa madawa ya kulevya kwa mwili wa binadamu, na ndugu pacha mbaya wa aspirini.

Hapo awali, 4-aminopyridine ilikuwa tayari kutumika katika kliniki, lakini wanasayansi waliweza kuboresha ngozi ya dawa hii ndani ya damu kwa kubadilisha muundo wa kemikali. Walipata hidrati ya fuwele ya 4-aminopyridine (Mchoro 5) na stoichiometry ya 1: 5. Katika fomu hii, dawa yenyewe na njia ya maandalizi yake ilikuwa na hati miliki. Dutu hii huboresha utoaji wa neurotransmitters kwenye sinepsi za neuromuscular, ambayo huwafanya wagonjwa wa sclerosis nyingi kujisikia vizuri. Ni muhimu kuzingatia kwamba utaratibu huu unahusisha kutibu dalili, lakini sio ugonjwa yenyewe. Mbali na bioavailability, jambo la msingi katika maendeleo mapya ni yafuatayo: kwa kuwa iliwezekana "kuweka" 4-aminopyridine kwenye kioo, imekuwa rahisi zaidi kwa matumizi ya dawa. Dutu za fuwele ni rahisi kupata katika fomu iliyosafishwa na yenye usawa, na uhuru wa dawa kutoka kwa uchafu unaoweza kudhuru ni mojawapo ya vigezo muhimu vya dawa nzuri.

Ugunduzi wa miundo mpya ya kemikali

Kama ilivyotajwa hapo juu, USPEX hukuruhusu kupata muundo mpya wa kemikali. Inatokea kwamba hata kaboni "ya kawaida" ina siri zake. Carbon ni kipengele cha kemikali cha kuvutia sana kwa sababu huunda miundo mbalimbali, kuanzia dielectrics superhard kwa semiconductors laini na hata superconductors. Ya kwanza ni pamoja na almasi na lonsdaleite, ya pili - grafiti, na ya tatu - baadhi ya fullerenes kwa joto la chini. Licha ya aina mbalimbali za aina zinazojulikana za kaboni, wanasayansi chini ya uongozi wa Artem Oganov waliweza kugundua muundo mpya wa kimsingi: hapo awali haikujulikana kuwa kaboni inaweza kuunda complexes za "mgeni-host" (Mchoro 6). Wafanyakazi wa Maabara ya Kubuni Kompyuta ya Vifaa pia walishiriki katika kazi (Mchoro 7).

Kielelezo 7. Oleg Feya, mwanafunzi aliyehitimu katika MIPT, mfanyakazi wa Maabara ya Usanifu wa Kompyuta wa Vifaa na mmoja wa waandishi wa ugunduzi wa muundo mpya wa kaboni. Katika wakati wake wa bure, Oleg anajishughulisha na umaarufu wa sayansi: nakala zake zinaweza kusomwa katika machapisho "Paka ya Schrödinger", "Kwa Sayansi", STRF.ru, "Nchi ya Rosatom". Kwa kuongezea, Oleg ndiye mshindi wa Moscow Slam ya Sayansi na mshiriki katika kipindi cha TV "The Smartest".

Mwingiliano wa mwenyeji na wageni hutokea, kwa mfano, katika mchanganyiko unaojumuisha molekuli ambazo zimeunganishwa kwa kila mmoja kwa vifungo visivyo na ushirikiano. Hiyo ni, atomi/molekuli fulani inachukua nafasi fulani kwenye kimiani ya fuwele, lakini haifanyi uhusiano wa pamoja na misombo inayozunguka. Tabia hii imeenea kati ya molekuli za kibiolojia ambazo hufunga pamoja na kuunda tata kali na kubwa zinazofanya kazi mbalimbali katika mwili wetu. Kwa ujumla, tunamaanisha miunganisho inayojumuisha aina mbili za vipengele vya kimuundo. Kwa vitu vinavyotengenezwa na kaboni tu, fomu hizo hazikujulikana. Wanasayansi walichapisha ugunduzi wao mwaka wa 2014, kupanua ujuzi wetu kuhusu mali na tabia ya kundi la 14 la vipengele vya kemikali kwa ujumla (Mchoro 8). Tunazungumza juu ya aina ya mwenyeji wa wageni kwa sababu ya uwepo wa aina mbili za atomi za kaboni zilizofafanuliwa wazi, ambazo zina mazingira tofauti kabisa ya kimuundo.

Kemia mpya ya shinikizo la juu

Vifaa vinavyosaidiwa na kompyuta hutengeneza masomo ya maabara ambayo dutu zitakuwa dhabiti kwa shinikizo la juu. Hivi ndivyo mkuu wa maabara anabishana juu ya kupendezwa na utafiti kama huo: "Tunasoma nyenzo chini ya shinikizo la juu, haswa kemia mpya ambayo inaonekana chini ya hali kama hizi. Hii ni kemia isiyo ya kawaida sana ambayo haifai katika sheria za jadi. Ujuzi unaopatikana kuhusu misombo mipya itasababisha uelewa wa kile kinachotokea ndani ya sayari. Kwa sababu kemikali hizi zisizo za kawaida zinaweza kuibuka kuwa nyenzo muhimu sana katika mambo ya ndani ya sayari.” Ni vigumu kutabiri jinsi vitu vitatenda chini ya shinikizo la juu: sheria nyingi za kemikali huacha kufanya kazi kwa sababu hali hizi ni tofauti sana na zile tulizozoea. Hata hivyo, tunahitaji kuelewa hili ikiwa tunataka kujua jinsi Ulimwengu unavyofanya kazi. Sehemu kubwa ya dutu ya baryonic katika Ulimwengu iko chini ya shinikizo kubwa ndani ya sayari, nyota na satelaiti. Kwa kushangaza, ni kidogo sana bado inajulikana kuhusu kemia yake.

Kemia mpya, ambayo hupatikana kwa shinikizo kubwa katika Maabara ya Usanifu wa Vifaa vya Kompyuta huko MIPT, inasomwa na PhD (shahada sawa na Mgombea wa Sayansi) Gabriele Saleh:

"Mimi ni mwanakemia na ninavutiwa na kemia ya shinikizo la juu. Kwa nini? Kwa sababu tuna sheria za kemia ambazo ziliundwa miaka 100 iliyopita, lakini hivi karibuni ikawa kwamba wanaacha kufanya kazi kwa shinikizo la juu. Na hii inavutia sana! Ni kama uwanja wa burudani: kuna jambo ambalo hakuna mtu anayeweza kuelezea; kuchunguza jambo jipya na kujaribu kuelewa kwa nini linatokea ni jambo la kusisimua sana. Tulianza mazungumzo na mambo ya msingi. Lakini shinikizo la juu pia lipo katika ulimwengu wa kweli. Kwa kweli, sio kwenye chumba hiki, lakini ndani ya Dunia na kwenye sayari zingine." .

Kwa kuwa mimi ni mwanakemia ninavutiwa na kemia ya shinikizo la juu. Kwa nini? Kwa sababu tuna sheria za kemikali ambazo zilianzishwa miaka mia moja iliyopita lakini hivi karibuni iligunduliwa kuwa sheria hizi huvunjwa kwa shinikizo la juu. Na inavutia sana! Hii ni kama uwanja wa mitishamba kwa sababu una jambo ambalo hakuna mtu anayeweza kulirekebisha. Inafurahisha kusoma jambo jipya na kujaribu kuelewa ni kwanini linatokea. Tulianza kutoka kwa mtazamo wa kimsingi. Lakini shinikizo hizi za juu zipo. Sio katika chumba hiki bila shaka lakini ndani ya Dunia na katika sayari nyingine.

Kielelezo 9. Asidi ya kaboni (H 2 CO 3) - muundo wa shinikizo-imara. Katika kuingiza hapo juu inaonyeshwa kuwa pamoja Mhimili wa C miundo ya polymer huundwa. Kusoma mfumo wa kaboni-oksijeni-hidrojeni chini ya shinikizo la juu ni muhimu sana kwa kuelewa jinsi sayari zinavyofanya kazi. H 2 O (maji) na CH 4 (methane) ni sehemu kuu za sayari zingine kubwa - kwa mfano Neptune na Uranus, ambapo shinikizo linaweza kufikia mamia ya GPa. Satelaiti kubwa za barafu (Ganymede, Callisto, Titan) na comets pia zina maji, methane na dioksidi kaboni, ambazo zinakabiliwa na shinikizo la hadi GPa kadhaa.

Gabriele alituambia kuhusu kazi yake mpya, ambayo ilikubaliwa kuchapishwa hivi majuzi:

"Wakati mwingine unafanya sayansi ya kimsingi, lakini kisha unagundua matumizi ya moja kwa moja kwa maarifa uliyopata. Kwa mfano, hivi majuzi tuliwasilisha karatasi ili kuchapishwa ambapo tunaelezea matokeo ya utafutaji wa misombo yote thabiti inayozalishwa kutoka kwa kaboni, hidrojeni na oksijeni kwa shinikizo la juu. Tulipata moja ambayo ni thabiti kwa shinikizo la chini sana kama vile 1 GPa , na ikawa asidi ya kaboni H 2 CO 3(Mchoro 9). Nilichunguza fasihi ya astrofizikia na kugundua kwamba miezi Ganymede na Callisto [miezi ya Jupiter] imeundwa kwa maji na kaboni dioksidi: molekuli zinazofanyiza asidi ya kaboniki. Kwa hivyo, tuligundua kuwa ugunduzi wetu unapendekeza uundaji wa asidi ya kaboni huko. Hili ndilo nililokuwa nikizungumzia: yote yalianza na sayansi ya kimsingi na kumalizika na kitu muhimu kwa utafiti wa satelaiti na sayari." .

Kumbuka kuwa shinikizo kama hizo zinageuka kuwa za chini kuliko zile ambazo, kimsingi, zinaweza kupatikana katika Ulimwengu, lakini ni za juu ikilinganishwa na zile zinazotufanyia kazi kwenye uso wa Dunia.

Kwa hivyo wakati mwingine unasoma kitu kwa sayansi ya kimsingi lakini unagundua kuwa kina matumizi sahihi. Kwa mfano tumewasilisha karatasi ambayo tulichukua kaboni, hidrojeni, oksijeni kwa shinikizo la juu na tulijaribu kutafuta misombo yote thabiti. Tulipata moja ambayo ilikuwa asidi ya kaboni na ilikuwa thabiti kwa shinikizo la chini sana kama gigapascal moja. Nilichunguza fasihi ya astrofizikia na kugundua: kuna satelaiti kama vile Ganymede au Calisto. Juu yao kuna dioksidi kaboni na maji. Molekuli zinazounda asidi hii ya kaboni. Kwa hivyo tuligundua kuwa ugunduzi huu unamaanisha kuwa labda kungekuwa na asidi ya kaboni. Hii ndio ninamaanisha kwa kuanza kwa msingi na kugundua kitu ambacho kinatumika kwa sayansi ya sayari.

Mfano mwingine wa kemia isiyo ya kawaida ambayo inaweza kutolewa inahusu chumvi ya kawaida ya meza, NaCl. Inabadilika kuwa ikiwa unaweza kuunda shinikizo la 350 GPa kwenye shaker yako ya chumvi, utapata viunganisho vipya. Mnamo 2013, chini ya uongozi wa A.R. Oganov ilionyesha kwamba ikiwa shinikizo la juu linatumiwa kwa NaCl, basi misombo isiyo ya kawaida inakuwa imara - kwa mfano, NaCl 7 (Mchoro 10) na Na 3 Cl. Kwa kupendeza, vitu vingi vilivyogunduliwa ni metali. Gabriele Saleh na Artem Oganov waliendelea na kazi ya upainia ambapo walionyesha tabia ya kigeni ya kloridi ya sodiamu chini ya shinikizo la juu na kuendeleza mfano wa kinadharia ambao unaweza kutumika kutabiri mali ya misombo ya halojeni ya alkali ya chuma.

Walielezea sheria ambazo vitu hivi hutii chini ya hali hiyo isiyo ya kawaida. Kwa kutumia algorithm ya USPEX, misombo kadhaa yenye fomula A 3 Y (A = Li, Na, K; Y = F, Cl, Br) iliwekwa kinadharia kwa shinikizo hadi 350 GPa. Hii ilisababisha ugunduzi wa ioni za kloridi katika hali ya -2 ya oxidation. Kemia "ya kawaida" inakataza hii. Chini ya hali kama hizi, vitu vipya vinaweza kuunda, kwa mfano na fomula ya kemikali Na 4 Cl 3.

Mchoro 10. Muundo wa kioo wa NaCl ya kawaida ya chumvi ( kushoto) na kiwanja kisicho cha kawaida NaCl 7 ( kulia), imara chini ya shinikizo.

Kemia inahitaji sheria mpya

Gabriele Saleh (Mchoro 11) alizungumza kuhusu utafiti wake unaolenga kuelezea sheria mpya za kemia ambazo zingekuwa na nguvu za kutabiri si tu chini ya hali ya kawaida, lakini ingeelezea tabia na mali ya vitu chini ya shinikizo la juu (Mchoro 12).

Kielelezo 11. Gabriele Saleh

"Miaka miwili au mitatu iliyopita, Profesa Oganov aligundua kuwa chumvi rahisi kama NaCl chini ya shinikizo la juu sio rahisi sana: sodiamu na klorini zinaweza kuunda misombo mingine. Lakini hakuna aliyejua kwa nini. Wanasayansi walifanya mahesabu na kupokea matokeo, lakini ilibakia haijulikani kwa nini kila kitu kinatokea kwa njia hii na si vinginevyo. Nimekuwa nikisoma uhusiano wa kemikali tangu nilipohitimu shuleni, na katika kipindi cha utafiti wangu niliweza kutunga sheria fulani ambazo zinaelezea kimantiki kinachoendelea. Nilisoma jinsi elektroni huishi katika misombo kama hii, na nikaja kwa mifumo ya jumla ambayo ni tabia yao chini ya shinikizo kubwa. Ili kuangalia ikiwa sheria hizi ni taswira ya mawazo yangu au bado ni sawa, nilitabiri miundo ya misombo sawa - LiBr au NaBr na zingine kadhaa zinazofanana. Na kwa kweli, sheria za jumla zinafuatwa. Kwa kifupi, nimeona kuwa kuna mwelekeo: unapoweka shinikizo kwa misombo hiyo, huunda muundo wa chuma wa pande mbili, na kisha moja-dimensional. Halafu, chini ya shinikizo la juu sana, mambo ya mwitu huanza kutokea kwa sababu klorini ingekuwa na hali ya oxidation ya -2. Wanakemia wote wanajua kwamba klorini ina hali ya oxidation ya -1, hii ni mfano wa kawaida wa kitabu: sodiamu inapoteza elektroni, na klorini inachukua. Kwa hivyo, nambari za oksidi ni +1 na -1, mtawaliwa. Lakini chini ya shinikizo kubwa, mambo hayaendi hivyo. Tumeonyesha hili kwa kutumia mbinu kadhaa za kuchambua vifungo vya kemikali. Pia, wakati wa kazi, nilitafuta vichapo vya pekee ili kuelewa ikiwa kuna yeyote alikuwa ameona mifumo kama hiyo. Na ikawa kwamba ndio, walifanya. Ikiwa sijakosea, bismuthate ya sodiamu na misombo mingine hufuata sheria zilizoelezwa. Bila shaka, huu ni mwanzo tu. Wakati karatasi zinazofuata kwenye mada zinachapishwa, tutajua ikiwa mtindo wetu una nguvu halisi ya kutabiri. Kwa sababu hiyo ndiyo hasa tunayotafuta. Tunataka kuelezea sheria za kemikali ambazo pia zinaweza kushikilia shinikizo kubwa." .

Miaka miwili au mitatu iliyopita profesa Oganov aligundua kuwa chumvi rahisi NaCl kwa shinikizo la juu si rahisi sana na misombo mingine itaunda. Lakini hakuna mtu anajua kwa nini. Walifanya hesabu walipata matokeo lakini huwezi kusema kwanini hii inafanyika. Kwa hivyo kwa kuwa wakati wa PhD yangu nilibobea katika masomo ya uunganishaji wa kemikali, nilichunguza misombo hii na nikapata sheria fulani ya kurekebisha kile kinachoendelea. Nilichunguza jinsi elektroni zinavyofanya kazi katika misombo hii na nikapata sheria ambazo aina hizi za misombo zitafuata kwa shinikizo la juu. Ili kuangalia ikiwa sheria zangu zilikuwa fikira zangu tu au zilikuwa za kweli nilitabiri muundo mpya wa misombo sawa. Kwa mfano LiBr au NaBr na michanganyiko kadhaa kama hii. Na ndio, sheria hizi zinageuka kufuatwa. Kwa kifupi, sio tu kuwa mtaalamu sana, nimeona kuwa kuna tabia: unapowakandamiza wangeweza kuunda metali mbili-dimensional, kisha muundo wa chuma-dimensional. Na kisha kwa shinikizo la juu sana mwitu zaidi ungetokea kwa sababu Cl katika kesi hii itakuwa na nambari ya oksidi ya -2. Kemia wote wanajua kwamba nambari ya chini ya oksidi ya Cl ni -1, ambayo ni mfano wa kitabu cha kiada: sodiamu hupoteza elektroni na klorini huipata. Kwa hivyo tuna nambari za +1 na -1 za oksidi. Lakini kwa shinikizo la juu sana sio kweli tena. Tulionyesha hili kwa baadhi ya mbinu za uchanganuzi wa kuunganisha kemikali. Katika kazi hiyo pia nilijaribu kuangalia fasihi ili kuona ikiwa kuna mtu ameona aina hii ya sheria hapo awali. Na ndio, ikawa kwamba kulikuwa na wengine. Ikiwa sijakosea, Na-Bi na misombo mingine iligeuka kufuata sheria hizi. Ni hatua ya kuanzia, bila shaka. Karatasi zingine zitakuja na tutaona ikiwa mtindo huu una nguvu halisi ya utabiri. Kwa sababu hii ndiyo tunayotafuta. Tunataka kuchora kemia ambayo itafanya kazi pia kwa shinikizo la juu.

Mchoro 12. Muundo wa dutu yenye fomula ya kemikali Na 4 Cl 3, ambayo huundwa kwa shinikizo la 125-170 GPa., ambayo inaonyesha wazi kuonekana kwa kemia "ya ajabu" chini ya shinikizo.

Ikiwa unajaribu, fanya kwa kuchagua

Licha ya ukweli kwamba algorithm ya USPEX ina uwezo mkubwa wa kutabiri ndani ya kazi zake, nadharia daima inahitaji uthibitishaji wa majaribio. Maabara ya Usanifu wa Vifaa vinavyosaidiwa na Kompyuta ni ya kinadharia, kama vile jina lake linavyopendekeza. Kwa hiyo, majaribio yanafanywa kwa ushirikiano na timu nyingine za kisayansi. Gabriele Saleh anatoa maoni kuhusu mkakati wa utafiti uliopitishwa katika maabara kama ifuatavyo:

"Hatufanyi majaribio - sisi ni wanadharia. Lakini mara nyingi tunashirikiana na watu wanaofanya hivi. Kwa kweli, nadhani kwa ujumla ni ngumu. Leo sayansi imebobea sana, kwa hiyo si rahisi kupata mtu anayefanya yote mawili.” .

Hatufanyi majaribio, lakini mara nyingi tunashirikiana na baadhi ya watu wanaofanya majaribio. Kwa kweli nadhani kwa kweli ni ngumu. Siku hizi sayansi ni maalum sana kwa hivyo ni ngumu kupata mtu anayefanya zote mbili.

Moja ya mifano ya wazi ni utabiri wa sodiamu ya uwazi. Mnamo 2009 kwenye gazeti Asili Matokeo ya kazi iliyofanywa chini ya uongozi wa Artem Oganov yalichapishwa. Katika makala hiyo, wanasayansi walielezea aina mpya ya Na, ambayo ni isiyo ya uwazi ya uwazi, kuwa dielectric chini ya shinikizo. Kwa nini hii inatokea? Hii ni kutokana na tabia ya elektroni za valence: chini ya shinikizo wanalazimika nje kwenye voids ya kimiani ya kioo inayoundwa na atomi za sodiamu (Mchoro 13). Katika kesi hiyo, mali ya metali ya dutu hupotea na sifa za dielectric zinaonekana. Shinikizo la anga milioni 2 hufanya nyekundu ya sodiamu, na shinikizo la milioni 3 hufanya iwe isiyo na rangi.

Kielelezo 13. Sodiamu chini ya shinikizo la anga zaidi ya milioni 3. Bluu inaonyesha muundo wa kioo wa atomi za sodiamu, machungwa- makundi ya elektroni za valence katika voids ya muundo.

Wachache waliamini kuwa chuma cha classical kinaweza kuonyesha tabia kama hiyo. Hata hivyo, kwa kushirikiana na mwanafizikia Mikhail Eremets, data ya majaribio ilipatikana ambayo ilithibitisha kabisa utabiri (Mchoro 14).

Kielelezo 14. Picha za sampuli ya Na zilizopatikana chini ya mchanganyiko wa mwanga unaopitishwa na unaoakisiwa. Shinikizo tofauti zilitumika kwa sampuli: 199 GPa (awamu ya uwazi), 156 GPa, 124 GPa na 120 GPa.

Lazima ufanye kazi kwa bidii!

Artem Oganov alituambia ni mahitaji gani anaweka kwa wafanyikazi wake:

“Kwanza ni lazima wawe na elimu bora. Pili, tuwe wachapakazi. Ikiwa mtu ni mvivu, basi sitamwajiri, na ikiwa nitamwajiri kwa makosa, atafukuzwa. Niliwafukuza tu wafanyikazi kadhaa ambao waligeuka kuwa wavivu, wazembe, na wazimu. Na nadhani hii ni sahihi kabisa na nzuri hata kwa mtu mwenyewe. Kwa sababu ikiwa mtu hayuko mahali pake, hatakuwa na furaha. Anahitaji kwenda mahali ambapo atafanya kazi kwa moto, kwa shauku, kwa furaha. Na hii ni nzuri kwa maabara na nzuri kwa wanadamu. Na wale watu ambao wanafanya kazi kwa uzuri, kwa shauku, tunawalipa mshahara mzuri, wanaenda kwenye mikutano, wanaandika nakala ambazo huchapishwa kwenye majarida bora ya ulimwengu, kila kitu kitakuwa sawa kwao. Kwa sababu wako mahali pazuri na kwa sababu maabara ina rasilimali nzuri ya kuwaunga mkono. Hiyo ni, wavulana hawana haja ya kufikiria juu ya kupata pesa za ziada ili kuishi. Wanaweza kuzingatia sayansi, kwenye shughuli wanayopenda, na kuifanya kwa mafanikio. Sasa tuna ruzuku mpya, na hii inatufungulia fursa ya kuajiri watu wachache zaidi. Siku zote kuna ushindani. Watu wanaomba mwaka mzima, bila shaka, sikubali kila mtu.”. (2016). Hidrati ya fuwele ya 4-aminopyridine, njia ya maandalizi yake, utungaji wa dawa na njia ya matibabu na / au kuzuia kulingana na hilo. Phys. Chem. Chem. Phys. 18 , 2840–2849;

Ma Y., Eremets M., Oganov A.R., Xie Y., Trojan I., Medvedev S. et al. (2009). Uwazi mnene wa sodiamu. Asili. 458 , 182–185;

Lyakhov A. O., Oganov A. R., Stokes H. T., Zhu Q. (2013). Maendeleo mapya katika algorithm ya utabiri wa muundo wa mageuzi USPEX. Kompyuta. Phys. Jumuiya. 184 , 1172–1182.