Les chercheurs de Skoltech ont proposé une solution au problème de la recherche de matériaux possédant les propriétés requises parmi toutes les combinaisons possibles d'éléments chimiques. Ces combinaisons sont pratiquement infinies, et chacun a une multitude infinie de structures cristallines possibles; il n'est pas possible de tous les tester et de choisir la meilleure option (par exemple, le composé le plus dur) soit dans une expérience, soit in silico. La méthode de calcul développée par le professeur Skoltech Artem R. Oganov et son doctorat. l'étudiant Zahed Allahyari résout ce problème majeur de la science théorique des matériaux. Oganov et Allahyari ont présenté leur méthode dans le code MendS (pour Mendelevian Search) et l'ont testée sur des matériaux extradurs et magnétiques.

"En 2006, nous avons développé un algorithme qui peut prédire la structure cristalline d'une combinaison fixe donnée d'éléments chimiques. Ensuite, nous avons augmenté ses pouvoirs prédictifs en lui apprenant à fonctionner sans combinaison spécifique. Ainsi, un seul calcul vous donnerait tous les composés stables d'éléments donnés et leurs structures cristallines respectives. La nouvelle méthode s'attaque à une tâche beaucoup plus ambitieuse :ici, nous ne choisissons ni un composé précis ni même des éléments chimiques spécifiques - plutôt, nous recherchons dans toutes les combinaisons possibles de tous les éléments chimiques, en tenant compte de toutes les structures cristallines possibles, et trouver ceux qui ont les propriétés nécessaires (par exemple, dureté la plus élevée ou magnétisation la plus élevée)" déclare Artem Oganov, Skoltech et professeur MIPT, Membre de la Royal Society of Chemistry et membre de l'Academia Europaea.

Les chercheurs ont d'abord déterminé qu'il était possible de construire un espace chimique abstrait afin que les composés qui seraient proches les uns des autres dans cet espace aient des propriétés similaires. Ainsi, tous les matériaux ayant des propriétés particulières (par exemple, matériaux extra-durs) seront regroupés dans certaines zones, et les algorithmes évolutionnaires seront particulièrement efficaces pour trouver le meilleur matériau. L'algorithme de recherche mendélévienne effectue une double recherche évolutive :pour chaque point de l'espace chimique, il recherche la meilleure structure cristalline, et en même temps ces composés trouvés se font concurrence, s'accoupler et muter dans une sélection naturelle des meilleurs.

Pour tester l'efficacité de la nouvelle méthode, les scientifiques ont confié à leur machine la tâche de trouver la composition et la structure du matériau le plus dur. Leur algorithme a renvoyé le diamant, ce qui rend les recherches de matériaux plus difficiles que le diamant une impasse. De plus, l'algorithme a également prédit plusieurs dizaines de phases dures et superdures, y compris la plupart des matériaux déjà connus et plusieurs complètement nouveaux.

Cette méthode peut accélérer la recherche de matériaux records et ouvrir la voie à de nouvelles avancées technologiques. Equipé de ces matériaux, les scientifiques peuvent créer de toutes nouvelles technologies ou augmenter l'efficacité et la disponibilité des anciennes.