Gli scienziati hanno cercato a lungo un sistema per prevedere le proprietà dei materiali in base alla loro composizione chimica. In particolare, hanno messo gli occhi sul concetto di uno spazio chimico che colloca i materiali in un quadro di riferimento in modo tale che gli elementi chimici e i composti vicini tracciati lungo i suoi assi abbiano proprietà simili. Questa idea è stata proposta per la prima volta nel 1984 dal fisico britannico, David G. Pettifor, che ha assegnato un numero di Mendeleev (MN) a ciascun elemento. Eppure il significato e l'origine dei MN non erano chiari. Gli scienziati dello Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) hanno scoperto il significato fisico dei misteriosi MN e hanno suggerito di calcolarli in base alle proprietà fondamentali degli atomi. Hanno dimostrato che sia i MN che lo spazio chimico costruito intorno ad essi erano più efficaci delle soluzioni empiriche proposte fino ad allora. La loro ricerca supportata da una sovvenzione del Programma presidenziale di ricerca di laboratorio di classe mondiale della Russian Science Foundation (RSF) è stata presentata in Il Giornale di Chimica Fisica C .

Sistematizzando l'enorme varietà di composti chimici, sia noto che ipotetico, e individuare quelli con una proprietà particolarmente interessante è un compito arduo. Misurare le proprietà di tutti i composti immaginabili negli esperimenti o calcolarli teoricamente è assolutamente impossibile, il che suggerisce che la ricerca dovrebbe essere ristretta a uno spazio più piccolo.

David G. Pettifor ha proposto l'idea dello spazio chimico nel tentativo di organizzare in qualche modo la conoscenza delle proprietà dei materiali. Lo spazio chimico è fondamentalmente un quadro di riferimento in cui gli elementi sono tracciati lungo gli assi in una certa sequenza in modo tale che gli elementi vicini, ad esempio, Na e K, hanno proprietà simili. I punti all'interno dello spazio rappresentano composti, in modo che i vicini, Per esempio, NaCl e KCl, hanno proprietà simili, pure. In questa impostazione, un'area è occupata da materiali superduri e un'altra da ultrasoft. Avendo lo spazio chimico a portata di mano, si potrebbe creare un algoritmo per trovare il materiale migliore tra tutti i possibili composti di tutti gli elementi. Per costruire la loro mappa "intelligente", Scienziati Skoltech, Artem R. Oganov e Zahed Allahyari, hanno inventato il proprio approccio universale che vanta il più alto potere predittivo rispetto ai metodi più noti.

Per molti anni gli scienziati sono stati all'oscuro di come Pettifor abbia derivato i suoi MN (se non empiricamente), mentre il loro significato fisico rimase per anni un mistero quasi "esoterico".

"Mi chiedevo cosa fossero questi MN da 15 anni fino a quando ho capito che molto probabilmente sono radicati nelle proprietà fondamentali dell'atomo, come raggio, elettronegatività, polarizzabilità, e valenza. Mentre la valenza è variabile per molti elementi, la polarizzabilità è fortemente correlata con l'elettronegatività. Questo ci lascia con raggio ed elettronegatività che possono essere ridotti a una proprietà attraverso una semplice trasformazione matematica. Ed eccoci:otteniamo un MN che risulta essere il modo migliore per descrivere tutte le proprietà di un atomo, e da un solo numero a quello, " spiega Artem R. Oganov, Responsabile del progetto di sovvenzione RSF, un professore a Skoltech e MISiS, membro dell'Academia Europaea, un Fellow della Royal Society of Chemistry (FRSC) e un Fellow dell'American Physical Society (APS).

Gli scienziati hanno utilizzato i MN calcolati per disporre tutti gli elementi in una sequenza che si poneva come l'asse delle ascisse e delle ordinate allo stesso tempo. Ogni punto nello spazio corrisponde a tutti i composti degli elementi corrispondenti. In questo spazio, utilizzando proprietà misurate o previste dei composti, si può mappare qualsiasi caratteristica specifica, Per esempio, durezza, magnetizzazione, entalpia di formazione, ecc. Una mappa delle proprietà così prodotta mostrava chiaramente le aree contenenti i composti più promettenti, come materiali superduri o magnetici.