​Российские ученые разработали программу, которая позволяет моделировать процессы на поверхностях твердых тел, такие как поглощение одним веществом другого и самосборка молекулярных слоев. Этот программный комплекс позволит ускорить разработку новых материалов для разных сфер деятельности, например электроники, медицины и защиты окружающей среды. Исследование поддержано Президентской программой Российского научного фонда (РНФ).

Одним из перспективных современных направлений в науке о материалах стала самосборка молекулярных монослоев. Этот процесс представляет собой формирование упорядоченной структуры за счет взаимодействия между частицами на поверхности. В результате образуется структура толщиной всего в одну молекулу. Этот процесс перспективен для промышленного производства наноразмерных устройств и новых материалов с атомарной точностью.

Молекулы могут формировать на поверхности бесконечное число упорядоченных структур. Поэтому поиск монослоя с нужными свойствами — крайне трудоемкая задача. С подобными трудностями сталкивается индустрия производства лекарств: создание нового препарата требует поиска среди бесконечного пространства возможных химических соединений.

Компьютерное моделирование радикально ускоряет такой поиск. Виртуальный скрининг уже давно стал неотъемлемой частью создания новых лекарств. Сегодня же активно развивается вычислительная наука о материалах, в которой российские ученые занимают лидирующее положение.

Исследователи из Омского государственного технического университета представили набор компьютерных инструментов, предназначенных для моделирования самосборки молекулярных монослоев на поверхностях твердых тел. Он получил название SuSMoST. Эта программа позволяет предсказывать и объяснять структуру и термодинамические свойства адсорбционных слоев — плотность, теплоемкость, устойчивость. Программа находится в свободном доступе. Для моделирования используется комплекс разнообразных методов. В их числе широко известный метод Монте-Карло, основанный на случайных числах, и некоторые методы, основанные на тензорных сетях. Последние являются инструментом современной математики, также применяющимся в системах искусственного интеллекта.

SuSMoST автоматически строит модели на основе описания адсорбционных комплексов — отдельных молекул, связанных с поверхностью. Инструмент также помогает вычислять взаимодействия между частицами методами квантовой химии. SuSMoST генерирует образцы адсорбционных слоев и вычисляет их термодинамические характеристики. С помощью этих данных можно, например, оценивать устойчивость к температуре той или иной самособирающейся структуры.

Набор структур, которые могут формироваться смесью атомов металлов и органических молекул на поверхности инертного металла, например, золота 

Набор структур, которые могут формироваться смесью атомов металлов и органических молекул на поверхности инертного металла, например, золота

 

«Программный комплекс SuSMoST и методика исследований с его помощью позволят ускорить разработку новых материалов и функциональных поверхностей для широчайшего спектра практических задач: катализ, химические сенсоры, защита окружающей среды, электроника, медицина и многое другое. Это действительно мощный инструмент, который при этом легок в применении благодаря использованию короткого и простого кода Python. Мы надеемся, что SuSMoST станет повседневным инструментом как в экспериментальной, так и в вычислительной науке»,— прокомментировал Павел Стишенко, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры «Химия и химическая технология» Омского государственного технического университета.

SuSMoST: Surface Science Modeling and Simulation Toolkit / Sergey S. Akimenko, Galina D. Anisimova, Anastasiya I. Fadeeva, Vasiliy F. Fefelov, Vitaliy A. Gorbunov, Tatyana R. Kayumova, Alexander V. Myshlyavtsev, Marta D. Myshlyavtseva, Pavel V. Stishenko // Journal of Computational Chemistry, сентябрь 2020 г.

Источники

SuSMoST - мощный молекулярный инструмент
Коммерсантъ (kommersant.ru/nauka), 17/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российский научный фонд (rscf.ru), 17/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российский научный фонд (рнф.рф), 18/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Газета.Ru, 18/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Индикатор (indicator.ru), 19/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Nanonewsnet.ru, 22/09/2020
Омские ученые создали программу, которая ускорит создание новых лекарств
РИА ОмскИнформ (omskinform.ru), 24/09/2020
Омские ученые создали программу, которая ускорит создание новых лекарств
Seldon.News (news.myseldon.com), 24/09/2020
Ученые из Омска создали программу для самосборки молекулярных монослоев
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 25/09/2020

Похожие новости

  • 07/05/2019

    Василий ФЕФЕЛОВ: наука не может существовать без влияния на социально-экономическое развитие

    Современная наука представляет собой весьма разветвленную структуру. Еще 200 лет назад не было и половины существующих сегодня направлений физики, химии, математики, в частности, статистической физики.
    704
  • 08/06/2020

    «Полуторный оксид» германия увеличит энергоемкость литий-ионных батарей

    Сотрудники Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН совместно с коллегами из Института химических исследований Ренна, Сколковского института науки и технологий, Института проблем химической физики РАН, Омского государственного технического университета и Российского химико-технологического университета имени Д.
    644
  • 25/04/2018

    Сотрудники ОмГТУ исследовали поведение двухкомпонентной газовой смеси при ее осаждении

    ​Сотрудники Омского государственного технического университета (ОмГТУ) построили решеточную модель и исследовали поведение двухкомпонентной газовой смеси при ее осаждении на поверхность твердого тела. Полученные данные иллюстрируют практически все возможные варианты взаимодействия молекул на плоскости и могут быть полезны для истолкования результатов специалистов в самых разных областях химической науки.
    913
  • 06/12/2019

    Исследуя реакцию Мицороки-Хека

    ​Крайне важные и интересные данные получены учеными Иркутского государственного университета в ходе выполнения проекта, предметом исследования которого является важная химическая реакция Мицороки-Хека.
    412
  • 09/12/2016

    Ученый ИГУ рассказал об успешной реализации гранта РНФ

    Доктор химических наук, профессор Иркутского государственного университета Александр Шмидт рассказал об успешной реализации гранта Российского научного фонда "Фундаментальные химические исследования 21-го века" на научной конференции в Москве в конце ноября.
    2008
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    1713
  • 16/04/2019

    Рентген помог российским физикам уточнить структуру воды

    ​Международный коллектив ученых точно измерил силу водородных связей между молекулами воды и опроверг популярную сегодня теорию о том, как устроена эта необычная жидкость. Новое теоретическое описание структуры воды было представлено в журнале Nature Communications.
    875
  • 04/07/2019

    Надо любить то, чем занимаешься... Интервью с победителем конкурса РНФ

    ​Газета «Иркутский университет» в рамках рубрики «История успеха» знакомит читателей с талантливыми студентами и выпускниками университета. В этот раз гостем издания стала кандидат химических наук, инженер-исследователь лаборатории кинетики каталитических процессов НИИ нефте- и углехимического синтеза ИГУ Елизавета Ларина.
    924
  • 13/10/2020

    Физики ТГУ улучшили сплавы с памятью формы для космоса и Арктики

    ​Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов ТГУ первыми в мире получили структуру сплавов, обеспечивающую им особую способность к деформации и восстановлению исходной формы до 15 процентов.
    304
  • 20/08/2018

    Учеными созданы железные спирали тоньше человеческого волоса

    ​Исследователи СПбГУ смогли синтезировать микроспирали соединений железа диаметром около 12 микрон - почти в десять раз тоньше человеческого волоса. Их можно будет использовать, например, для создания сенсоров с высокой чувствительностью, а также в качестве миниатюрных электромагнитов или индукторов.
    977