Метод на основі генеративної моделі дозволяє виявляти стабільні алотропи з незвичайними механічними та тепловими властивостями. Група вчених із Сіаньського транспортного університету (Xi’an Jiaotong University) під керівництвом Чжібіна Гао (Zhibin Gao) представила новий підхід до пошуку форм твердого вуглецю із застосуванням штучного інтелекту. Він дає змогу знаходити стабільні алотропи із заданими властивостями, які раніше не вдавалося виявити стандартними обчислювальними методами.
Вуглець здатний утворювати різні алотропи завдяки різноманітності типів хімічних зв’язків між атомами. До основних належать лінійні структури (sp-гібридизація), плоскі (sp²) та тривимірні ґратки (sp³). Попри велику кількість теоретично можливих конфігурацій, експериментально підтверджено лише обмежену кількість стабільних структур.
Запропонований метод є замкненим циклом пошуку, що включає генерацію структур-кандидатів за допомогою моделі CrystaLLM і подальшу швидку оцінку їхньої стабільності та фізичних властивостей. Ключовим параметром став показник ентропії гібридизації Шеннона (міра розподілу типів хімічних зв’язків), який спрямовує алгоритм у бік змішаних sp–sp²–sp³ конфігурацій.
Завдяки цьому підходу вдалося виявити кілька нових алотропів. Серед них — структура з розрахунковою твердістю, вищою за алмаз, матеріал з анізотропною (залежною від напрямку) теплопровідністю та низькою жорсткістю зсуву, а також алотроп із металевою провідністю та негативним коефіцієнтом Пуассона (розширення в поперечному напрямку під час розтягування).
Додатково було оцінено можливість синтезу цих структур. Розрахунки показують, що їхня енергетична стабільність порівнянна з відомими формами вуглецю, зокрема фулеренами. Частину запропонованих структур можна отримати за допомогою сучасних хімічних методів, тоді як найбільш щільні та тверді фази потребують високого тиску.
Отримані результати свідчать, що генеративні моделі здатні значно розширити простір пошуку нових матеріалів. Використання показника ентропії гібридизації дозволяє цілеспрямовано досліджувати раніше недоступні конфігурації вуглецю, знижуючи обчислювальні витрати та прискорюючи відкриття перспективних структур із заданими властивостями. Джерело