Les scientifiques ont longtemps cherché un système pour prédire les propriétés des matériaux en fonction de leur composition chimique. En particulier, ils ont jeté leur dévolu sur le concept d'espace chimique qui place les matériaux dans un cadre de référence tel que les éléments chimiques voisins et les composés tracés le long de ses axes aient des propriétés similaires. Cette idée a été proposée pour la première fois en 1984 par le physicien britannique, David G. Pettifor, qui a attribué un numéro de Mendeleïev (MN) à chaque élément. Pourtant, la signification et l'origine des MN n'étaient pas claires. Des scientifiques de l'Institut des sciences et technologies de Skolkovo (Skoltech) ont découvert la signification physique des mystérieux MN et ont suggéré de les calculer sur la base des propriétés fondamentales des atomes. Ils ont montré que les MN et l'espace chimique construit autour d'eux étaient plus efficaces que les solutions empiriques proposées jusqu'alors. Leurs recherches soutenues par une subvention du programme présidentiel de recherche en laboratoire de classe mondiale de la Russian Science Foundation (RSF) ont été présentées en Le Journal de Chimie Physique C .

Systématiser l'énorme variété de composés chimiques, à la fois connu et hypothétique, et identifier ceux qui ont une propriété particulièrement intéressante est un défi de taille. Mesurer les propriétés de tous les composés imaginables dans des expériences ou les calculer théoriquement est carrément impossible, ce qui suggère que la recherche devrait être réduite à un espace plus petit.

David G. Pettifor a avancé l'idée d'espace chimique dans le but d'organiser d'une manière ou d'une autre les connaissances sur les propriétés des matériaux. L'espace chimique est fondamentalement un cadre de référence où les éléments sont tracés le long des axes dans une certaine séquence telle que les éléments voisins, par exemple, Na et K, ont des propriétés similaires. Les points dans l'espace représentent des composés, pour que les voisins, par exemple, NaCl et KCl, ont des propriétés similaires, trop. Dans ce cadre, une zone est occupée par des matériaux extra-durs et une autre par des matériaux ultra-doux. Avoir l'espace chimique à portée de main, on pourrait créer un algorithme pour trouver le meilleur matériau parmi tous les composés possibles de tous les éléments. Pour construire leur carte "intelligente", Les scientifiques de Skoltech, Artem R. Oganov et Zahed Allahyari, ont proposé leur propre approche universelle qui possède le pouvoir prédictif le plus élevé par rapport aux méthodes les plus connues.

Pendant de nombreuses années, les scientifiques n'avaient aucune idée de la façon dont Pettifor a dérivé ses MN (sinon empiriquement), tandis que leur signification physique est restée un mystère presque "ésotérique" pendant des années.

"Je me demandais ce que sont ces MN depuis 15 ans jusqu'à ce que je réalise qu'ils sont très probablement enracinés dans les propriétés fondamentales de l'atome, comme le rayon, électronégativité, polarisabilité, et valence. Alors que la valence est variable pour de nombreux éléments, la polarisabilité est fortement corrélée à l'électronégativité. Cela nous laisse avec le rayon et l'électronégativité qui peuvent être réduits à une propriété par une simple transformation mathématique. Et voilà :on obtient un MN qui s'avère être le meilleur moyen de décrire toutes les propriétés d'un atome, et par un seul numéro à cela, " explique Artem R. Oganov, Chef de projet subvention RSF, professeur à Skoltech et MISiS, membre de l'Academia Europaea, membre de la Royal Society of Chemistry (FRSC) et membre de l'American Physical Society (APS).

Les scientifiques ont utilisé les MN calculés pour organiser tous les éléments dans une séquence qui se présentait comme les axes des abscisses et des ordonnées en même temps. Chaque point de l'espace correspond à tous les composés des éléments correspondants. Dans cet espace, en utilisant les propriétés mesurées ou prédites des composés, on peut cartographier n'importe quelle caractéristique spécifique, par exemple, dureté, magnétisation, enthalpie de formation, etc. Une carte des propriétés ainsi réalisée montrait clairement les zones contenant les composés les plus prometteurs, tels que les matériaux extra-durs ou magnétiques.