«Секрет нашего успеха — это машинное обучение, с помощью которого мы можем моделировать поведение тысяч атомов в течение длительных периодов времени. Таким образом, мы получили более точную модель », — объясняет постдокторский исследователь Мигель Каро.Моделирование, проведенное командой, показывает, что алмазоподобная углеродная пленка формируется на атомном уровне не так, как предполагалось. Преобладающее понимание механизма образования аморфной углеродной пленки за последние 30 лет было основано на предположениях и косвенных экспериментальных результатах.
До сих пор не было доступно ни хорошей, ни даже адекватной модели атомарного уровня. Новый метод опровергает предыдущие качественные модели и дает точную картину механизма образования на атомном уровне.«Раньше считалось, что аморфные углеродные пленки образуются, когда атомы собираются вместе на небольшой площади.
Мы продемонстрировали, что механические ударные волны могут вызывать образование алмазоподобных атомов дальше от точки, в которой падающие атомы попадают в цель, сообщает Каро, который выполнил моделирование на суперкомпьютерах CSC (ИТ-центр науки), моделируя осаждение. десятков тысяч атомов.Результаты открывают новые широкие возможности для исследований.
Есть бесчисленное множество различных применений аморфного углерода. Он используется в качестве покрытия во многих механических устройствах, например, в автомобильных двигателях. Кроме того, этот материал также можно использовать в медицинских целях и в различных областях, связанных с энергетикой, биологией и окружающей средой.«Для нас наиболее важным приложением являются биосенсоры.
Мы использовали очень тонкие покрытия из аморфного углерода для идентификации различных биомолекул. В таких случаях особенно важно знать электрические, химические и электрохимические свойства пленок и уметь адаптировать материал для конкретного применения », — объясняет профессор Томи Лаурила.Доктор Фолькер Дерингер, научный сотрудник Leverhulme в начале своей карьеры, особенно заинтересован в использовании этих методов для аморфных материалов.
«Объединение оказалось большим успехом», — заключают Дерингер и Каро, которые продолжают сотрудничество между своими учреждениями посредством постоянных визитов. Команда ожидает, что их подход поможет многим другим в исследовании экспериментальных материалов, потому что он может предоставить информацию о материалах с уровнем точности, близким к квантово-механическим методам, но одновременно может использовать тысячи атомов и длительное время моделирования. Оба они чрезвычайно важны для реалистичной картины процессов в эксперименте.«Я особенно взволнован тем, какие возможности предлагает этот метод для дальнейших исследований.
Эта модель на атомном уровне дает достоверно правильные результаты, которые исключительно хорошо соответствуют экспериментальным результатам, впервые обнаруживая также явления на атомном уровне, лежащие в основе результатов. «Используя эту модель, мы можем, например, предсказать, какая углеродная поверхность лучше всего подходит для измерения нейромедиаторов дофамина и серотонина», — говорит Лаурила.