Российские учёные улучшили модель для предсказания свойств наноматериалов

Как производятся наноматериалы? Конечно же, посредством соединения нужных компонентов при использовании высокотехнологичных методов. Наноматериалы – очень сложные вещества, которые могут обладать огромным количеством свойств и параметров. Так что необходимые для нового материала свойства нужно продумывать заранее, чтобы не получилось какое-то несусветное месиво. Предсказанием того, какими свойствами будет обладать новый материал, занимаются физики, и они заинтересованы в том, чтобы используемые методы предсказания как можно точнее описывали эти свойства.

Обычно для предсказания свойств новых наноматериалов используются математические модели. Одну из них недавно усовершенствовали омские учёные, благодаря чему она теперь гораздо более приближена к реальности. Исследование было поддержано президентским грантом, а статья о нём была опубликована в журнале Physical Review E.

Физики, как правило, пользуются моделями молекулярных кластеров на подложке. Чтобы производить вычисления было проще, обычно представляют поверхность из атомов, находящихся на квадратной решётке, в её вершинах. Но для некоторых металлов (золото, медь, цинк и др.) используется также модель в форме пирамиды.

Привычные для учёных методы моделирования хорошо работают только с квадратными решётками. Российские специалисты смогли модернизировать одну из классических моделей, чтобы с её помощью можно было исследовать кластеры более сложной формы. Для этого несколько соседних атомов было решено представлять в виде одного большого атома. Такая система успешно работает и достаточно точно предсказывает свойства материала, но только в случае небольшого изменения параметров.

Полученные с помощью такой системы данные позволили учёным подобрать поправки, которые помогли добиться более высокой точности в предсказаниях свойств вышеназванных металлов (тех, у которых кластеры представляются в пирамидальной форме). Затем учёные попробовали предсказать поведение тех наноматериалов, в которых молекулы на подложке имеют разные размеры. Для этого использовали несколько классических моделей и новую, экспериментальную. Оказалось, что в этом случае новая модель тоже предсказывает свойства материала точнее всего.

Авторы исследования говорят, что упомянутый метод использовался сначала для предсказания свойств самых простых систем, но после усовершенствования его стало возможно использовать и для систем более сложных. У учёных также есть предположение, что если молекулы достигнут некоего предельно большого размера, то все модели будут вести себя одинаково и, значит, с одинаковой точностью предсказывать свойства материала, независимо от геометрии системы. То есть система как бы перейдёт из решёточной в непрерывную.