В воскресенье 7 декабря завершил работу Фестиваль публичных лекций, который проводили совместно «Полит.ру» и Департамент науки, промышленной политики и предпринимательства Правительства Москвы. В этот день лекции прочитали специалист по физической антропологии Елена Година, социолог Теодор Шанин и химик Артем Оганов.
Завершился Фестиваль публичных лекций выступлением профессора и заведующего лабораторией компьютерного дизайна материалов в Университете Штата Нью-Йорк, почетного профессора Гуйлиньского университета, руководителя Лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ Артема Ромаевича Оганова. Его лекция называлась «Запрещенная» химия и новые неожиданные материалы».
Он рассказал о целом ряде необычных веществ, возникающих в экстремальных условиях, например, при очень высоком давлении. Они оказались такими, что школьный учитель химии, прочитав их формулы в работе ученика, немедленно поставил бы ему двойку. Разве может хлорид натрия иметь формулу не NaCl, а Na3Cl, Na2Cl, Na3Cl2, NaCl3 и даже NaCl7! Как могло возникнуть соединение самого инертного элемента гелия (Na2He)! Как может сам натрий превратиться из активного металла в неметалл! Тем не менее, все эти вещества были сначала предсказаны Артемом Огановым и его коллегами, а потом их существование было подтверждено экспериментально.
«Невозможные» вещества уже находят практическое применение. Часть из них могут существовать при относительно низком давлении, что позволяет их использовать. Например, чистый фтор из за его очень высокой химической активности хранить очень сложно и опасно. Напомним, что в XIX веке несколько химиков получили отравления, пытаясь выделить фтор в чистом виде, а ирландец Томас Нокс, бельгиец Полэн Лайет и француз Жером Никлес – погибли. А теперь оказывается, что фториды цезия (СsF2, CsF3, CsF5) стабильны при давлении всего в одну атмосферу и могут быть использованы для хранения и транспортировки фтора.
Но сколь бы не удивительны были новые вещества, о которых рассказывал Артем Оганов, они не должны затмевать другого важного достижения. Мы не случайно сказали, что необычные и невозможные для нормальных условий вещества были сначала предсказаны Артемом Огановым и другими учеными его лаборатории, а потом их существование подтверждено в эксперименте. Дело в том, что важным достижение ученых стала разработка алгоритма, позволяющего предсказать структуру вещества. Так называемый компьютерный дизайн новых веществ – важное направление в современной химии, которое позволяет не экспериментировать с десятками тысяч веществ вслепую, а на компьютере подобрать молекулы с нужными свойствами, чтобы создать новый материал или лекарство.
Но у компьютерного анализа есть немалая проблема. При моделировании атомы и молекулы нельзя представлять в виде шариков, взаимодействующих друг с другом по законам ньютоновской механики. Необходимо учитывать квантовые явления. И тут мощности компьютеров становится недостаточно. Даже расчет взаимодействия двух органических молекул средней сложности займет долгие годы. Усилия многих ученых сейчас направлены на то, чтобы это препятствие обойти.
Проект, созданный под руководством Артема Оганова, получил название USPEX (Universal Structure Prediction: Evolutionary Xtallography). Эта программа сочетает квантовомеханические расчеты с особым эволюционным алгоритмом, который позволяет быстро отобрать самые перспективные варианты и ограничить работу ими, значительно сократив требуемое время. Сейчас USPEX – это самая широкоиспользуемая программа в этой области, ею пользуются более 2000 исследователей.
