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अनिश्चितता उपन्यास सामग्री की खोज में वैज्ञानिकों को नया विश्वास देती है

Anonim

स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों और ऊर्जा विभाग के एसएलएसी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला विभाग ने कंप्यूटर गणनाओं में अनिश्चितताओं का अनुमान लगाने का एक तरीका पाया है जिसका व्यापक रूप से उद्योग, इलेक्ट्रॉनिक्स, ऊर्जा, दवा डिजाइन और कई अन्य अनुप्रयोगों के लिए नई सामग्री की खोज को गति देने के लिए उपयोग किया जाता है। विज्ञान के 11 जुलाई के अंक में रिपोर्ट की गई तकनीक को अध्ययनों में जल्द ही अपनाया जाना चाहिए जो प्रति वर्ष लगभग 30, 000 वैज्ञानिक पत्र प्रस्तुत करते हैं।

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एसएलएसी और स्टैनफोर्ड के प्रोफेसर जेन्स नोर्स्कोव ने कहा, "पिछले 10 वर्षों में सामग्री और रसायनों, जैसे प्रतिक्रियाशीलता और यांत्रिक शक्ति के गुणों की गणना करने की हमारी क्षमता में काफी वृद्धि हुई है।" इंटरफेस साइंस एंड कैटलिसिस, जिन्होंने अनुसंधान का नेतृत्व किया।

"जैसा कि अधिक से अधिक शोधकर्ता कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हैं, यह अनुमान लगाने के लिए कि कौन सी सामग्रियों में दिलचस्प गुण हैं जिन्हें हम खोज रहे हैं - 'डिजाइन द्वारा सामग्री' नामक प्रक्रिया का हिस्सा - इन गणनाओं में त्रुटि के लिए संभावना को जानना आवश्यक है।" "यह हमें बताता है कि हम अपने परिणामों में कितना आत्मविश्वास डाल सकते हैं।"

नोर्स्कोव और उनके सहयोगी इस दृष्टिकोण को विकसित करने के लिए सबसे आगे रहे हैं, इसका उपयोग अमोनिया संश्लेषण को गति देने और ईंधन के लिए हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करने के लिए बेहतर और सस्ता उत्प्रेरक खोजने के लिए किया जाता है। लेकिन पेपर में वर्णित तकनीक को व्यापक रूप से सभी प्रकार के वैज्ञानिक अध्ययनों पर लागू किया जा सकता है।

सामग्री डिजाइन चक्र की गति

इस अध्ययन में शामिल गणनाओं का सेट घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत के लिए डीएफटी के रूप में जाना जाता है। यह क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांतों के आधार पर परमाणुओं के बीच बांड ऊर्जा की भविष्यवाणी करता है। डीएफटी गणनाएं वैज्ञानिकों को यौगिकों के घनत्व, कठोरता, ऑप्टिकल गुणों और प्रतिक्रियाशीलता के इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं से सैकड़ों रासायनिक और सामग्रियों की संपत्तियों की भविष्यवाणी करने की अनुमति देती हैं।

चूंकि शोधकर्ता गणना को सरल बनाने के लिए अनुमानों का उपयोग करते हैं - अन्यथा वे बहुत अधिक कंप्यूटर समय लेते हैं - इनमें से प्रत्येक गणना की गई भौतिक गुणों को काफी विस्तृत मार्जिन से दूर किया जा सकता है।

उन त्रुटियों के आकार का अनुमान लगाने के लिए, टीम ने एक सांख्यिकीय विधि लागू की: उन्होंने प्रत्येक संपत्ति को हजारों बार गणना की, प्रत्येक बार एक अलग चर के परिणाम बनाने के लिए चरों में से एक को ट्वीक करते हुए। परिणामों में यह भिन्नता त्रुटि की संभावित सीमा का प्रतिनिधित्व करती है।

सनकैट के स्नातक छात्र एंड्रयू जे मेडफोर्ड ने कहा, "अनुमानित अनिश्चितताओं के साथ भी, जब हमने विभिन्न सामग्रियों की गणना की गई संपत्तियों की तुलना की, तो हम स्पष्ट रुझान देख पाए।" "उदाहरण के लिए, हम भविष्यवाणी कर सकते हैं कि रबिनियम कोबाल्ट या निकल की तुलना में अमोनिया को संश्लेषित करने के लिए एक बेहतर उत्प्रेरक होगा, और कहें कि हमारी भविष्यवाणी की संभावना सही है।"

हजारों अध्ययनों के लिए एक आवश्यक नया उपकरण

अध्ययन में शामिल नहीं होने वाले कैलिफ़ोर्निया-इरविन विश्वविद्यालय में रसायन विज्ञान और भौतिकी के प्रोफेसर कियरन बर्क ने कहा कि लाखों ठोस और यौगिकों के माध्यम से खोज करने के लिए सामग्री जीनोम पहल में डीएफटी गणनाओं का उपयोग किया जाता है, और व्यापक रूप से दवा डिजाइन में भी प्रयोग किया जाता है। ।

"पिछले साल डीएफटी का उपयोग करके लगभग 30, 000 पत्र प्रकाशित हुए थे, " उन्होंने कहा। "मेरा मानना ​​है कि उन्होंने जो तकनीक विकसित की है वह सभी क्षेत्रों में बहुत कम समय में इन प्रकार की गणनाओं के लिए बिल्कुल जरूरी हो जाएगी।"

सनकैट में सैद्धांतिक विधि विकास के प्रभारी एक वरिष्ठ कर्मचारी वैज्ञानिक थॉमस ब्लिगार्ड ने कहा कि टीम के पास इन विचारों को लागू करने में बहुत अधिक काम है, खासकर नई घटनाओं या नई कार्यात्मक सामग्रियों की भविष्यवाणियों की भविष्यवाणी करने की गणना में।

अध्ययन में शामिल अन्य शोधकर्ता जेस वेलेन्डॉर्फ, अलेक्सांद्र वोजवोडिक, फ़ेलिक्स स्टड, और सनकैट के फ्रैंक एबिल्ड-पेडरसन और डेनमार्क के तकनीकी विश्वविद्यालय के करस्टन डब्ल्यू जैकबसेन थे। अनुसंधान के लिए वित्त पोषण डीओई कार्यालय विज्ञान से आया था।

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कहानी स्रोत:

डीओई / एसएलएसी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला द्वारा प्रदान की जाने वाली सामग्री। नोट: सामग्री शैली और लंबाई के लिए संपादित किया जा सकता है।


जर्नल संदर्भ :

  1. मेडफोर्ड एट अल। गणना की उत्प्रेरक अमोनिया संश्लेषण दरों की विश्वसनीयता का आकलनविज्ञान, 11 जुलाई 2014: वॉल्यूम। 345 नं। 6193 पीपी। 1 9 7-200 डीओआई: 10.1126 / विज्ञान .1253486