— Артем, так в чем же уникальность вашей разработки?
— Мы придумали, как при помощи компьютерных вычислений определять оптимальные структуры материалов. Оптимальные с точки зрения стабильности или свойств. Например, вам нужно создать материал, который имел бы оптимальную твердость или оптимальные электрические свойства. Как это сделать? Ведь свойства очень сильно зависят от расположения атомов в пространстве. И нужно выбрать ту структуру, то расположение атомов в веществе, которые дали бы требуемые свойства. Берете вы, к примеру, углерод и в зависимости от расстановки атомов получаете либо очень мягкий графит, либо очень твердый алмаз.
— Этот подход многие уже окрестили революционным. Но как, собственно, работает метод?
— Революционным его окрестили по созвучию с тем, как мы, разработчики, его называем — эволюционным. Схема очень схожа с той, которая действует в живой природе, — строго выстроенная. Ее-то мы и попытались повторить. При создании новых материалов можно действовать двумя путями. Первый — перебирать все возможные комбинации атомов в кристаллической решетке. Но проблема в том, что число вариантов в структуре астрономически велико. Если у нас всего 10 атомов в повторяющейся структурной единице, то будет порядка 100 миллиардов структурных вариантов, и вам потребуются сотни лет, чтобы пробежать по этим вариантам на лучшем суперкомпьютере мира. Если мы рассматриваем 20 или 30 атомов, то в этом случае для решения одной-единственной задачи потребуется больше времени, чем возраст Вселенной.
Тогда мы придумали эволюционный метод. Начинается все с того, что компьютер вслепую опробует различные решения. Они, как правило, достаточно плохие, но из них он выбирает наиболее перспективные, из которых производятся новые, дочерние. Из них снова отсеивает худшие, а лучшим дается право производить потомство. Из него автоматически опять же отсекаются худшие и поощряются лучшие. Так постепенно мы приближаемся к цели — оптимальному решению.
— И сколько по времени занимает этот процесс?
— Полный квантово-механический эволюционный расчет с максимальным уровнем строгости находит структуру алмаза или графита на обычном персональном компьютере примерно за один час.
— Какие вообще параметры можно задать компьютеру и как ведутся расчеты?
— Надо задать параметры эволюции (число структур в «популяции», силу мутаций и т. д.) и то, какие атомы будут участвовать в процессе. При создании, например, максимально твердого материала можно задать участие в процессе только атомов углерода или, например, любой комбинации атомов углерода и азота. Компьютер всячески будет их перемешивать от чистого углерода до чистого азота, включая промежуточные варианты. Из этого он сделает материал с нужными свойствами.