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Uma nova pesquisa da Universidade de Liverpool pode sinalizar uma mudança radical na busca de projetar os novos materiais necessários para enfrentar o desafio do zero líquido e de um futuro sustentável.
Publicando na revista Naturezaos pesquisadores de Liverpool mostraram que um algoritmo matemático pode garantir a previsão da estrutura de qualquer material apenas com base no conhecimento dos átomos que o compõem.
Desenvolvido por uma equipe interdisciplinar de pesquisadores dos Departamentos de Química e Ciência da Computação da Universidade de Liverpool, o algoritmo avalia sistematicamente conjuntos inteiros de estruturas possíveis de uma só vez, em vez de considerá-las uma de cada vez, para acelerar a identificação da solução correta.
Este avanço torna possível identificar os materiais que podem ser feitos e, em muitos casos, prever suas propriedades. O novo método foi demonstrado em computadores quânticos que têm o potencial de resolver muitos problemas mais rapidamente do que os computadores clássicos e, portanto, podem acelerar ainda mais os cálculos.
Nosso modo de vida depende de materiais – “tudo é feito de alguma coisa”. Novos materiais são necessários para enfrentar o desafio do net zero, desde baterias e absorvedores solares para energia limpa até o fornecimento de computação de baixo consumo de energia e os catalisadores que farão os polímeros e produtos químicos limpos para nosso futuro sustentável.
Essa busca é lenta e difícil porque existem muitas maneiras pelas quais os átomos podem ser combinados para formar materiais e, em particular, tantas estruturas que podem ser formadas. Além disso, é provável que materiais com propriedades transformadoras tenham estruturas diferentes das conhecidas hoje, e prever uma estrutura da qual nada se sabe é um tremendo desafio científico.
O professor Matt Rosseinsky, do Departamento de Química e Fábrica de Inovação de Materiais da Universidade, disse: “Ter certeza na previsão de estruturas cristalinas agora oferece a oportunidade de identificar de todo o espaço da química exatamente quais materiais podem ser sintetizados e as estruturas que eles adotarão, dando-nos pela primeira vez a capacidade de definir a plataforma para futuras tecnologias.
“Com esta nova ferramenta, poderemos definir como usar esses elementos químicos amplamente disponíveis e começar a criar materiais para substituir aqueles baseados em elementos escassos ou tóxicos, bem como encontrar materiais que superem os que contamos hoje , enfrentando os desafios futuros de uma sociedade sustentável.”
O professor Paul Spirakis, do Departamento de Ciência da Computação da Universidade, disse: “Conseguimos fornecer um algoritmo geral para a previsão da estrutura cristalina que pode ser aplicado a uma diversidade de estruturas. Acoplar a minimização local à programação inteira nos permitiu explorar as posições atômicas desconhecidas no espaço contínuo usando métodos de otimização fortes em um espaço discreto.
Nosso objetivo é explorar e usar mais ideias algorítmicas na agradável aventura de descobrir novos e úteis materiais. A união de esforços de químicos e cientistas da computação foi a chave para esse sucesso.”
A equipe de pesquisa inclui pesquisadores dos Departamentos de Ciência da Computação e Química da Universidade de Liverpool, da Fábrica de Inovação de Materiais e do Centro de Pesquisa de Leverhulme para Design de Materiais Funcionais, que foi criado para desenvolver novas abordagens para o design de materiais funcionais em escala atômica por meio de métodos interdisciplinares. pesquisar.
Este projeto recebeu financiamento do Leverhulme Trust e da Royal Society.
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