Российский суперкомпьютер поможет создавать новые материалы с заданными свойствами
Расчёты, проведённые на суперкомпьютере Московского института стали и сплавов (МИСиС), помогли международному коллективу физиков создать теоретическую модель свойств металлического осмия, находящегося в условиях экстремальных давлений. Полученные результаты помогут учёным лучше понять, как устроены гигантские планеты и звёзды, а также позволят создать сверхпроводящие материалы нового поколения.
Специалисты из Байройтского университета в Германии (Universität Bayreuth) совместно с коллегами из других крупных научных центров Европы провели эксперимент по сжатию металлического осмия рекордным давлением в 7,7 миллиона атмосфер. Целью эксперимента было изучение изменения кристаллической структуры вещества в таких условиях.
В проекте было задействовано самое современное научное оборудование: кроме суперкомпьютера МИСиС в нём участвовали установка для создания сверхвысоких давлений, разработанная в Байройтском университете, синхротроны APS, ESRF и PETRA III, а также суперкомпьютеры из научных центров Швеции и Франции.
Рекордное значение давления было достигнуто за счёт применения полусфер из наноалмазов, которые являются дополнительной ступенью по сравнению с традиционной методикой алмазных наковален. Это усовершенствование позволяет существенно расширить диапазон давлений в экспериментах по статическому сжатию и достигнуть давления выше 750 гигапаскалей, что вдвое выше давления в центре Земли.
Выяснилось, что при таких экстремальных условиях осмий обретает особенности, ранее не описанные теоретически. Они в дальнейшем могут помочь создавать материалы с заранее заданными новыми свойствами.
Моделирование полученных по результатам эксперимента данных проводили учёные МИСиС на суперкомпьютере вузовской лаборатории "Моделирование и разработка новых материалов". Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Nature.
"В данной работе мы продемонстрировали, что можно достигать невообразимо высоких давлений и при этом полностью контролировать состояние исследуемого материала, улавливая в эксперименте малейшие его изменения", — отметил ведущий автор исследования, руководитель научной группы МИСиС профессор Игорь Абрикосов.
"Экспериментальные и теоретические методики, использованные в данной работе, будут применяться и в новых исследованиях. Они выведут нас на качественно новый уровень понимания поведения материалов и позволят реализовать важнейшую задачу — перейти от традиционного метода проб и ошибок к научно-обоснованной разработке новых материалов, сократив сроки этих разработок с сегодняшних 10-12 лет до 5-6 лет в ближайшем будущем", — объясняет Абрикосов в пресс-релизе.
Добавим, что суперкомпьютерный кластер, который входит в топ-50 суперкомпьютеров СНГ, был создан в МИСиС в рамках программы мегагрантов правительства РФ, нацеленной на развитие фундаментальных и прикладных исследований мирового уровня в российских вузах. Цель работы кластера — ускорение разработки и вывода на рынок новых материалов с заданными свойствами.
Исследования поведения различных материалов при экстремальных давлениях очень важны как для фундаментальной физики, так и для промышленности.
Понимание физики и химии веществ под высоким давлением также помогает моделировать процессы, происходящие внутри гигантских планет и звёзд, а также синтезировать материалы, применяющиеся в экстремальных условиях.
