I ricercatori di Skoltech hanno offerto una soluzione al problema della ricerca di materiali con le proprietà richieste tra tutte le possibili combinazioni di elementi chimici. Queste combinazioni sono praticamente infinite, e ciascuno ha un'infinita moltitudine di possibili strutture cristalline; non è possibile testarli tutti e scegliere l'opzione migliore (ad esempio, il composto più duro) o in un esperimento o in silico. Il metodo computazionale sviluppato dal professore di Skoltech Artem R. Oganov e dal suo dottorato di ricerca. lo studente Zahed Allahyari risolve questo importante problema della scienza teorica dei materiali. Oganov e Allahyari hanno presentato il loro metodo nel codice MendS (acronimo di Mendelevian Search) e l'hanno testato su materiali superduri e magnetici.

"Nel 2006, abbiamo sviluppato un algoritmo in grado di prevedere la struttura cristallina di una data combinazione fissa di elementi chimici. Quindi abbiamo aumentato i suoi poteri predittivi insegnandogli a funzionare senza una combinazione specifica, quindi un calcolo ti darebbe tutti i composti stabili di determinati elementi e le loro rispettive strutture cristalline. Il nuovo metodo affronta un compito molto più ambizioso:qui, non scegliamo né un composto preciso né elementi chimici specifici, piuttosto, cerchiamo tra tutte le possibili combinazioni di tutti gli elementi chimici, tenendo conto di tutte le possibili strutture cristalline, e trova quelli che hanno le proprietà necessarie (ad es. massima durezza o massima magnetizzazione)", afferma Artem Oganov, Skoltech e professore del MIPT, Membro della Royal Society of Chemistry e membro dell'Academia Europaea.

I ricercatori hanno prima determinato che era possibile costruire uno spazio chimico astratto in modo che i composti che sarebbero stati vicini l'uno all'altro in questo spazio avrebbero proprietà simili. Così, tutti i materiali con proprietà peculiari (ad esempio, materiali superduri) saranno raggruppati in determinate aree, e gli algoritmi evolutivi saranno particolarmente efficaci per trovare il materiale migliore. L'algoritmo di ricerca mendeleviano percorre una doppia ricerca evolutiva:per ogni punto dello spazio chimico, cerca la migliore struttura cristallina, e allo stesso tempo questi composti trovati competono tra loro, accoppiarsi e mutare in una selezione naturale del migliore.

Per testare l'efficacia del nuovo metodo, gli scienziati hanno affidato alla loro macchina il compito di trovare la composizione e la struttura del materiale più duro. Il loro algoritmo ha restituito il diamante, che rende la ricerca di materiali più difficili del diamante un vicolo cieco. Inoltre, l'algoritmo prevedeva anche diverse dozzine di fasi hard e superhard, tra cui la maggior parte dei materiali già noti e diversi completamente nuovi.

Questo metodo può accelerare la ricerca di materiali da record e inaugurare nuove scoperte tecnologiche. Dotato di questi materiali, gli scienziati possono creare nuove tecnologie o aumentare l'efficienza e la disponibilità di quelle vecchie.