नई सामग्री का कंप्यूटर डिजाइन

दुनिया में सबसे अधिक उद्धृत खनिज सिद्धांतकारों में से एक, आर्टेम ओगनोव ने हमें कंप्यूटर भविष्यवाणी के बारे में बताया, जो हाल ही में प्राप्त हुआ। पहले, इस समस्या को हल नहीं किया जा सकता था क्योंकि नई सामग्री के कंप्यूटर डिजाइन की समस्या में क्रिस्टलीय संरचनाओं की अकल्पनीय समस्या शामिल है। लेकिन ओगनोव और उनके सहयोगियों के प्रयासों के लिए धन्यवाद, वे इस सपने के करीब पहुंचने और इसे वास्तविकता बनाने में कामयाब रहे।


यह कार्य क्यों महत्वपूर्ण है: पहले, नए पदार्थों को बहुत लंबे समय तक और बहुत प्रयास के साथ विकसित किया गया था।

आर्टेम ओगनोव: “प्रयोगकर्ता प्रयोगशाला में जाते हैं। विभिन्न पदार्थों को विभिन्न तापमानों और दबावों पर मिलाएं। नए पदार्थ प्राप्त करें। उनके गुणों को मापें। एक नियम के रूप में, ये पदार्थ किसी भी हित के नहीं हैं; और प्रयोगकर्ता अलग-अलग परिस्थितियों में थोड़ा अलग रचना के साथ फिर से थोड़ा अलग पदार्थ प्राप्त करने की कोशिश कर रहे हैं। और इसलिए, कदम से कदम, हम कई असफलताओं को दूर करते हैं, इस पर हमारे जीवन के वर्षों का खर्च। यह पता चला है कि शोधकर्ता, एक सामग्री प्राप्त करने की उम्मीद कर रहे हैं, बड़ी मात्रा में प्रयास, समय और पैसा भी खर्च करते हैं। इस प्रक्रिया में वर्षों लग सकते हैं। यह एक मृत अंत हो सकता है और सही सामग्री की खोज के लिए नेतृत्व नहीं कर सकता है। लेकिन जब यह सफलता की ओर जाता है, तब भी यह सफलता बहुत अधिक कीमत पर आती है। ”

इसलिए, ऐसी तकनीक का निर्माण करना आवश्यक है जो त्रुटि मुक्त भविष्यवाणियां कर सके। यही है, प्रयोगशालाओं में प्रयोग करने के लिए नहीं, बल्कि कंप्यूटर को यह बताने के लिए कि कौन सी सामग्री, किस संरचना और तापमान के साथ कुछ शर्तों के तहत वांछित गुण होंगे। और कंप्यूटर, कई विकल्पों के माध्यम से, एक उत्तर देने में सक्षम होगा कि कौन सी रासायनिक संरचना और कौन सी क्रिस्टलीय संरचना दी गई आवश्यकताओं को पूरा करेगी। परिणाम ऐसा हो सकता है कि वांछित सामग्री मौजूद नहीं है। या वह अकेला नहीं है।
और यहां एक दूसरी समस्या उत्पन्न होती है, जिसका समाधान अभी तक उपलब्ध नहीं है: इस सामग्री को कैसे प्राप्त करें? यही है, रासायनिक संरचना, क्रिस्टल संरचना समझ में आती है, लेकिन अभी तक इसे लागू करने का कोई तरीका नहीं है, उदाहरण के लिए, औद्योगिक पैमाने पर।

भविष्यवाणी तकनीक

भविष्यवाणी करने के लिए मुख्य बात क्रिस्टलीय संरचना है। पहले, इस समस्या को हल करना संभव नहीं था, क्योंकि अंतरिक्ष में परमाणुओं की व्यवस्था के लिए कई विकल्प हैं। लेकिन उनमें से अधिकांश का कोई हित नहीं है। महत्वपूर्ण अंतरिक्ष में परमाणुओं की व्यवस्था के लिए विकल्प हैं जो पर्याप्त रूप से स्थिर हैं और शोधकर्ता के लिए आवश्यक गुण हैं।
ये गुण क्या हैं: उच्च या निम्न कठोरता, विद्युत चालकता और तापीय चालकता, और इसी तरह। क्रिस्टल संरचना महत्वपूर्ण है।

“अगर आप इस बारे में सोचते हैं, तो वही कार्बन, हीरे और ग्रेफाइट पर एक नज़र डालें। रासायनिक रूप से, यह एक और एक ही पदार्थ है। लेकिन गुण पूरी तरह से अलग हैं। ब्लैक सुपर सॉफ्ट कार्बन और पारदर्शी सुपर हार्ड डायमंड - उनके बीच अंतर क्या निर्धारित करता है? यह क्रिस्टलीय संरचना है। इसके लिए धन्यवाद, एक पदार्थ सुपरहार्ड है, दूसरा सुपर सॉफ्ट है। एक लगभग धातु का एक कंडक्टर है। दूसरा ढांकता हुआ है। "

नई सामग्री की भविष्यवाणी करने का तरीका जानने के लिए, आपको पहले क्रिस्टल संरचना की भविष्यवाणी करना सीखना चाहिए। इसके लिए, 2006 में ओगनोव और उनके सहयोगियों ने एक विकासवादी दृष्टिकोण का प्रस्ताव रखा।

“इस दृष्टिकोण में, हम अनंत संख्या में क्रिस्टलीय संरचनाओं को आज़माने की कोशिश नहीं कर रहे हैं। हम इसे एक छोटे से यादृच्छिक नमूने के साथ शुरू करते हुए कदम से कदम की कोशिश करेंगे, जिसके भीतर हम संभव समाधान रैंक करते हैं, जिनमें से सबसे खराब हम त्याग देते हैं। और सबसे अच्छे से हम बच्चे के विकल्प का उत्पादन करते हैं। बाल परिवर्तन विभिन्न उत्परिवर्तन के माध्यम से या आनुवंशिकता के माध्यम से पुनर्संयोजन के माध्यम से उत्पन्न होते हैं, जहां हम दो माता-पिता की विभिन्न संरचनात्मक विशेषताओं को जोड़ते हैं। इससे एक बेटी संरचना प्राप्त की जाती है - एक बेटी सामग्री, एक बेटी रासायनिक संरचना, एक बेटी संरचना। फिर इन सहायक कंपनियों का मूल्यांकन भी किया जाता है। उदाहरण के लिए, स्थिरता या रासायनिक या भौतिक संपत्ति से जो आपकी रुचि रखते हैं। और जो लाभहीन थे, उन्हें हमने त्याग दिया। जो होनहार हैं उन्हें संतान पैदा करने का अधिकार दिया जाता है। उत्परिवर्तन या आनुवंशिकता से हम अगली पीढ़ी का निर्माण कर रहे हैं। ”



इसलिए कदम दर कदम, वैज्ञानिक इस भौतिक संपत्ति के संदर्भ में उनके लिए इष्टतम सामग्री का उपयोग कर रहे हैं। इस मामले में विकासवादी दृष्टिकोण विकास के डार्विन सिद्धांत की तरह ही काम करता है, यह सिद्धांत ओगनोव और उनके सहयोगियों ने क्रिस्टल संरचनाओं की खोज करते हुए कंप्यूटर पर लागू किया है जो इस संपत्ति या स्थिरता के संदर्भ में इष्टतम हैं।

"मैं यह भी कह सकता हूं (लेकिन यह गुंडागर्दी के कगार पर है) कि जब हम इस पद्धति पर काम कर रहे थे (वैसे, विकास जारी है। इसे और अधिक बेहतर बनाया जा रहा था), हमने विकास के विभिन्न तरीकों के साथ प्रयोग किया। उदाहरण के लिए, हमने एक बच्चे को दो माता-पिता से नहीं, बल्कि तीन या चार से पैदा करने की कोशिश की। यह पता चला कि जीवन में, यह दो माता-पिता में से एक बच्चा पैदा करने के लिए इष्टतम है। एक बच्चे के दो माता-पिता हैं - पिता और माँ। तीन नहीं, चार नहीं, चौबीस नहीं। यह प्रकृति और कंप्यूटर दोनों में इष्टतम है। "

ओगनोव ने अपनी पद्धति का पेटेंट कराया, और अब इसका उपयोग दुनिया भर के लगभग एक हजार शोधकर्ताओं और कई प्रमुख कंपनियों, जैसे इंटेल, टोयोटा और फुजित्सु द्वारा किया जाता है। टोयोटा, उदाहरण के लिए, ओगनोव के अनुसार, कुछ समय पहले से, इस पद्धति का उपयोग करके, लिथियम बैटरी के लिए नई सामग्री का आविष्कार किया था जो हाइब्रिड कारों के लिए उपयोग किया जाएगा।

हीरे की समस्या

यह माना जाता है कि हीरा, कठोरता में एक चैंपियन होने के नाते, सभी अनुप्रयोगों के लिए इष्टतम सुपरहार्ड सामग्री है। हालांकि, ऐसा नहीं है, क्योंकि, उदाहरण के लिए, यह लोहे में घुल जाता है, और उच्च तापमान पर ऑक्सीजन वातावरण में जलता है। सामान्य तौर पर, हीरे की तुलना में कठिन होने वाली सामग्री की खोज ने कई दशकों तक मानवता को चिंतित किया है।

“एक साधारण कंप्यूटर गणना, जो मेरे समूह द्वारा की गई थी, यह दर्शाता है कि ऐसी सामग्री नहीं हो सकती है। वास्तव में, हीरे की तुलना में केवल हीरा कठिन हो सकता है, लेकिन नैनो-क्रिस्टलीय रूप में। अन्य सामग्री कठोरता में हीरे को हरा नहीं सकती हैं। "

ओगनोव समूह की एक अन्य दिशा नई ढांकता हुआ सामग्रियों की भविष्यवाणी है, जो विद्युत ऊर्जा के भंडारण के लिए सुपर-कैपेसिटर के आधार के साथ-साथ कंप्यूटर माइक्रोप्रोसेसरों के आगे लघुकरण के लिए भी काम कर सकती है।
“यह लघुकरण वास्तव में बाधाओं को पूरा कर रहा है। क्योंकि विद्यमान ढांकता हुआ पदार्थ पर्याप्त विद्युत आवेशों का सामना नहीं करते हैं। एक रिसाव है। और आगे लघुकरण असंभव है। यदि हम एक ऐसी सामग्री प्राप्त कर सकते हैं जो सिलिकॉन पर आयोजित होती है, लेकिन एक ही समय में हमारे पास मौजूद सामग्रियों की तुलना में बहुत अधिक ढांकता हुआ स्थिरांक होता है, तो हम इस समस्या को हल कर सकते हैं। और इस दिशा में हमारी काफी गंभीर प्रगति है।



और आखिरी चीज ओगनोव जो करती है वह है नई दवाओं का विकास, यानी उनकी भविष्यवाणी भी। यह इस तथ्य के कारण संभव है कि वैज्ञानिकों ने क्रिस्टल की सतह की संरचना और रासायनिक संरचना की भविष्यवाणी करना सीख लिया है।

“तथ्य यह है कि क्रिस्टल की सतह में अक्सर एक रासायनिक संरचना होती है जो क्रिस्टल के पदार्थ से अलग होती है। संरचना भी अक्सर मौलिक रूप से भिन्न होती है। और हमने पाया कि सरल, प्रतीत होता है अक्रिय ऑक्साइड क्रिस्टल (जैसे मैग्नीशियम ऑक्साइड) की सतहों में बहुत दिलचस्प आयन होते हैं (जैसे आयन पेरोक्साइड)। इनमें ओजोन जैसे समूह भी होते हैं, जिनमें तीन ऑक्सीजन परमाणु होते हैं। यह एक बेहद दिलचस्प और महत्वपूर्ण अवलोकन बताता है। जब कोई व्यक्ति ऑक्साइड खनिजों के महीन कणों को अवशोषित करता है, जो प्रतीत होता है कि निष्क्रिय, सुरक्षित और हानिरहित हैं, तो ये कण एक चाल खेलते हैं और फेफड़ों के कैंसर के विकास में योगदान करते हैं। विशेष रूप से, यह ज्ञात है कि कार्सिनोजेन अभ्रक है, जो असाधारण रूप से निष्क्रिय है। तो, इस तरह के खनिजों की सतह पर एस्बेस्टस और क्वार्ट्ज (विशेष रूप से क्वार्ट्ज), पेरोक्साइड आयन बन सकते हैं, जो कैंसर के गठन और विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। हमारी तकनीक का उपयोग करके, कोई भी उन परिस्थितियों का अनुमान लगा सकता है जिनके तहत ऐसे कणों के गठन से बचा जा सकता है। यही है, थेरेपी और फेफड़ों के कैंसर की रोकथाम के लिए भी आशा है। इस मामले में, हम केवल फेफड़ों के कैंसर के बारे में बात कर रहे हैं। और एक पूरी तरह से अप्रत्याशित पक्ष से, हमारे शोध के परिणामों ने इसे समझना संभव बना दिया है, और शायद फेफड़ों के कैंसर को रोकना या ठीक करना भी संभव है। ”

संक्षेप में, क्रिस्टलीय संरचनाओं की भविष्यवाणी माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक और फार्मास्यूटिकल्स दोनों के लिए सामग्री के डिजाइन में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है। सामान्य तौर पर, ऐसी तकनीक भविष्य की तकनीक में एक नया रास्ता खोलती है, ओगनोव निश्चित है ।

आप यहाँ Artyom की प्रयोगशाला के अन्य क्षेत्रों के बारे में पढ़ सकते हैं, और उनकी पुस्तक मॉडर्न मेथड्स ऑफ़ क्रिस्टल स्ट्रक्चर प्रेडिक्शन यहाँ पढ़ सकते हैं ।