Forskere forudser nye superhårde materialer

En gruppe Skoltech -forskere brugte machine learning (ML) metoder til at forudsige superhårde materialer baseret på deres krystalstruktur.

Forskningen blev offentliggjort i Journal of Applied Physics .

Superhårde materialer har for nylig tiltrukket stigende forskningsinteresse på grund af deres potentielle konsekvenser for industrier, der spænder vidt fra olieproduktion til højteknologisk fremstilling. Et superhårdt materiale har to afgørende egenskaber, hårdhed og brudsejhed, der repræsenterer dens modstand mod deformation og revnedannelse, henholdsvis.

Materialer med egenskaber, der ville passe til specifikke industrikrav, kan findes beregningsmæssigt ved hjælp af avancerede metoder inden for beregningsmaterialevidenskab understøttet af en god teoretisk model til at beregne de ønskede egenskaber for superhårde materialer.

Efim Mazhnik, en ph.d. studerende ved Skoltech Center for Energy Science and Technology (Computational Materials Discovery Laboratory), guidet af Skoltech og MIPT professor Artem R. Oganov, lykkedes med at bygge en sådan model ved hjælp af konvolutionelle neurale netværk (CNN) på grafer, en ML -metode, der gør det muligt at forudsige et materiales egenskaber ud fra dets krystalstruktur. Ved at bruge et sæt materialer med kendte egenskaber, du kan lære CNN at beregne disse egenskaber for tidligere ukendte strukturer.

"Over for en mangel på eksperimentelle data om hårdhed og brudsejhed for korrekt at træne modellerne, vi henvendte os til mere rigelige data om elasticitetsmoduler og forudsagde deres værdier for at opnå de efterspurgte egenskaber ved hjælp af den fysiske model, vi havde skabt tidligere, " siger Efim Mazhnik.

"I dette studie, vi anvendte ML -metoder til at beregne hårdhed og brudsejhed for over 120, 000 krystalstrukturer, både kendte og hypotetiske, hvoraf de fleste aldrig er blevet undersøgt med hensyn til disse ejendomme. Mens vores model bekræfter, at diamant er det hårdeste kendte materiale, det antyder eksistensen af ​​flere dusin andre potentielt meget hårde eller superhårde materialer, ”siger Artem Oganov.