ПОСЛЕЗАВТРА
В США научились выращивать кристаллы доломита
Вот уже на протяжении 200 лет ученым не удавалось вырастить в лабораторных условиях кристалл доломита в условиях, которые, как считается, способствовали его формированию в естественной среде. Теперь, благодаря стараниям исследователей Мичиганского университета (США), эту «проблему доломита» удалось решить. Доломит — весьма распространенный минерал в горных породах возрастом более 100 млн. лет, однако он почти отсутствует в более молодых образованиях. В будущем технология получения доломита в лабораторных условиях позволит производить более высококачественные сверхпроводники, солнечные панели и батареи.
Ключом к решению «проблемы доломита» стала технология по удалению дефектов на стадии роста кристалла. Дело в том, что на краю растущего кристалла доломита расположены чередующиеся ряды калция и магния. В воде кальций и магний случайным образом прикрепляются к растущему кристаллу, образуя дефекты, предотвращающие дальнейший рост. Как результат скорость роста доломита падает катастрофически, и на образование слоя из упорядоченных атомов может потребоваться уже 10 млн. лет. К счастью, эту проблему можно решить путем многократного промывания кристалла, в процессе чего удаляются менее стабильные неупорядоченные ряды атомов.
Для удаления дефектов исследователи использовали просвечивающий электронный микроскоп, который заставили бомбардировать растущий кристалл 4 тыс. раз в течение двух часов. По прошествии этого времени кристалл доломита вырос на 300 слоев толщиной примерно 100 нанометров, что гораздо больше предыдущих показателей роста в лабораторных условиях.
Ученым также сильно помогло и новое ПО, позволившее кардинально снизить сложность вычислений при проведении точного моделирования роста доломита, при котором требуется учитывать энергию каждого взаимодействия электронов и атомов в растущем кристалле. Обычно моделирование подобного масштаба требует просто колоссальных вычислительных мощностей, однако специалисты Мичиганского университета предложили более легкий способ.
«Наше программное обеспечение вычисляет энергию некоторых конфигураций атомов, а затем экстраполирует для предсказания энергий других конфигураций, основываясь на симметрии кристаллической структуры», — объясняет ведущий разработчик программы Брайан Пучала.
Упрощенный алгоритм позволил на порядок снизить время вычислений, и операция, обычно требовавшая около 5 тыс. часов вычислений на суперкомпьютере, теперь выполняется за 2 миллисекунды на обычном домашнем ПК.