Una nueva investigación de la Universidad de Liverpool podría indicar un cambio radical en la búsqueda de diseñar los nuevos materiales que se necesitan para enfrentar el desafío del cero neto y un futuro sostenible.

En una publicación en la revista Nature, los investigadores de Liverpool han demostrado que un algoritmo matemático puede garantizar la predicción de la estructura de cualquier material basándose únicamente en el conocimiento de los átomos que lo componen.

Desarrollado por un equipo interdisciplinario de investigadores de los Departamentos de Química e Informática de la Universidad de Liverpool, el algoritmo evalúa sistemáticamente conjuntos completos de posibles estructuras a la vez, en lugar de considerarlas una por una, para acelerar la identificación de la solución correcta.

Este gran avance permite identificar aquellos materiales que se pueden fabricar y, en muchos casos, predecir sus propiedades. El nuevo método se demostró en computadoras cuánticas que tienen el potencial de resolver muchos problemas más rápido que las computadoras clásicas y, por lo tanto, pueden acelerar aún más los cálculos.

Nuestra forma de vida depende de los materiales: « todo está hecho de algo ». Se necesitan nuevos materiales para enfrentar el desafío del cero neto, desde baterías y absorbentes solares para energía limpia hasta proporcionar computación de bajo consumo y los catalizadores que producirán polímeros y productos químicos limpios para nuestro futuro sostenible.

Esta búsqueda es lenta y difícil porque hay muchas formas en que los átomos se pueden combinar para formar materiales y, en particular, muchas estructuras que se pueden formar. Además, es probable que los materiales con propiedades transformadoras tengan estructuras diferentes de las que se conocen hoy en día, y predecir una estructura de la que no se sabe nada es un desafío científico tremendo.

El profesor Matt Rosseinsky, del Departamento de Química y Fábrica de Innovación de Materiales de la Universidad, dijo: « Tener certeza en la predicción de estructuras cristalinas ahora ofrece la oportunidad de identificar de todo el espacio de la química exactamente qué materiales se pueden sintetizar y las estructuras que adoptarán, dándonos por primera vez la capacidad de definir la plataforma para futuras tecnologías.

« Con esta nueva herramienta, podremos definir cómo usar esos elementos químicos que están ampliamente disponibles y comenzar a crear materiales para reemplazar aquellos basados ​​en elementos escasos o tóxicos, así como encontrar materiales que superen a aquellos de los que dependemos hoy., respondiendo a los retos futuros de una sociedad sostenible”.

El profesor Paul Spirakis, del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad, dijo: « Logramos proporcionar un algoritmo general para la predicción de la estructura cristalina que se puede aplicar a una diversidad de estructuras. El acoplamiento de la minimización local a la programación entera nos permitió explorar las posiciones atómicas desconocidas. en el espacio continuo usando fuertes métodos de optimización en un espacio discreto.

Nuestro objetivo es explorar y utilizar más ideas algorítmicas en la agradable aventura de descubrir nuevos y útiles materiales. Unir los esfuerzos de químicos e informáticos fue la clave de este éxito ».

El equipo de investigación incluye investigadores de los Departamentos de Informática y Química de la Universidad de Liverpool, la Fábrica de Innovación de Materiales y el Centro de Investigación Leverhulme para el Diseño de Materiales Funcionales, que se estableció para desarrollar nuevos enfoques para el diseño de materiales funcionales a escala atómica a través de interdisciplinarios. investigación.

Este proyecto ha recibido financiación del Leverhulme Trust y la Royal Society.