Различные узоры, которые могут принимать атомы твердого материала, называемые кристаллическими структурами, могут иметь огромное влияние на его свойства. Возможность точно предсказать наиболее стабильную кристаллическую структуру материала была давней проблемой для ученых.«Святой Грааль этой конкретной проблемы состоит в том, чтобы сказать, что я записал эту химическую формулу для материала, а затем, используя эту формулу, я смогу предсказать его структуру — цель с самого начала химии», — сказал Гранат К.Л. Чен, профессор теоретической химии им.
А. Бартона Хепберна в Принстонском университете. Одним из основных препятствий на пути к достижению этой цели было вычисление энергии решетки — энергии, связанной со структурой — с достаточной точностью, чтобы различать несколько конкурирующих полиморфов.Группа Чана выполнила эту задачу, опубликовав свои результаты в журнале Science 8 августа. Исследовательская группа продемонстрировала, что новые методы могут быть использованы для расчета энергии решетки бензола, простой, но важной молекулы в фармацевтических и энергетических исследованиях. -килоджоуль на моль точность — уровень достоверности, позволяющий разрешить полиморфизм.
Чан объяснил этот успех совместным применением достижений в области квантовой механики за последние 15 лет. «Некоторые из этих достижений позволяют более точно определять поведение электронов, быстрее проводить вычисления на большем количестве атомов и позволяют одновременно рассматривать большее количество электронов», — сказал Чан. «Это триумф современной области квантовой химии, что теперь мы можем определять поведение природы с такой степенью точности».Следующая цель группы — сократить время, необходимое для выполнения желаемых расчетов.
Эти начальные расчеты потребовали несколько месяцев компьютерного времени, сказал Чан, но с некоторыми практическими изменениями будущие прогнозы должны занять всего несколько часов.