Ученые раскрыли 100-летнюю тайну кристалла: какие устройства станут от этого эффективнее

Об этом сообщает interestingengineering.com.

Проблема состояла в том, что больше ста лет специалисты полагались на кристаллографию (анализ рентгеновских дифракционных картин), а этот метод был эффективен лишь для работы с большими кристаллами. В случае, когда доступными были только крошечные нанокристаллы, метод не работал.

Однако теперь з этим пробелом справился ИИ.

«Как ChatGPT изучает закономерности языка, модель ИИ изучила закономерности расположения атомов, которые допускает природа», – пояснил профессор материаловедения, прикладной физики и прикладной математики Columbia Engineering Саймон Биллиндж.

Почему кристаллография не работает

Традиционные методы рентгеновской дифракции полагаются на чистые, крупные кристаллы для создания четких дифракционных картин, богатых атомной информацией. Когда в распоряжении исследователей есть только порошки или суспензии нанокристаллов, картина становится слишком деформированной. С этим недостатком сталкивались разны области, где работа идёт в основной с небольшими образцами, – от разработки лекарств до археологии.

Команда Колумбийского университета обратилась к диффузионному генеративному моделированию, методу ИИ, популяризированному такими генераторами изображений, как Midjourney и Sora. Они обучили свою модель на наборе данных 40 тыс. известных атомных структур. При этом порядок структур намеренно перемешали, чтобы научить ИИ, как создавать осмысленный порядок из хаоса.

В процессе обучения ИИ научился сопоставлять плохо разрешенные дифракционные данные с наиболее вероятными атомными расположениями, наблюдая бесчисленные кристаллические структуры на протяжении всего обучения и реконструкции фигур.

Эти конструкции были дополнительно отшлифованы в процессе, называемом уточнением Ритвельда, который более точно сопоставил их с данными дифракции.

Кристаллография как мостик между поколениями

«Проблема порошковой кристаллографии — это родственная проблема знаменитой проблемы сворачивания белка, где форма молекулы выводится косвенно из линейной сигнатуры данных», — сказал Ход Липсон, который вместе с Саймоном Биллинджем предложил исследование.

Для Дипсона проект имеет особое значение – ведь дед Хода Липсона Генри Липсон стоял у истоков вычислительной кристаллографии почти столетие назад.

«Что меня особенно волнует, так это то, что при относительно небольших базовых знаниях в области физики или геометрии ИИ смог научиться решать головоломку, которая ставила в тупик исследователей-людей на протяжении столетия», – подчеркнул Ход Липсон.

Также Фокус писал, что исследователи из университета штата Орегон обнаружили новые кристаллы, которые могут хранить информацию, записанную исключительно с помощью света.