Az MIT (Massachusettsi Műszaki Egyetem) és az oroszországi Skolkovo Tudományos és Műszaki Intézet (Skoltech) kutatóihoz kötődik annak a gépi tanulási módszernek a megalkotása, ami kristályszerkezet alapján képes következtetni szuperkemény anyagokra – írja a Phys.org. A hasonló alapanyagok az elmúlt években nem véletlenül kerültek számos kutatás kereszttüzébe, különleges tulajdonságaik miatt ugyanis több iparágban is eredményesen lehetne alkalmazni azokat.

Mitől szuperkemény egy szuperkemény anyag?

Ehhez két feltételnek kell teljesülnie: mindenekelőtt szélsőséges keménységűnek, és extrém módon ellenállónak kell lennie. Napjainkban az ilyen - bizonyos ipari követelményeknek megfelelő - anyagok

jól kidolgozott elméleti modelleken alapuló számítógépes módszerekkel roppant hatékonyan kereshetőek,

a Skoltech kutatói is pontosan ezt a technikát alkalmazták jelen kutatásukban. Efim Mazhnik, a Skoltech PhD-hallgatója és csapata konvolúciós neurális hálózatok (convolutional neural networks – CNN) segítségével térképezte fel a szuperkemény anyagokat. Módszerük egy olyan gépi tanulási technika, melyben a mesterséges intelligencia a kristályszerkezet alapján következtet az adott anyag tulajdonságaira. A szakemberek első körben ismert anyagok beazonosítására tanították meg a CNN-t, hogy aztán más struktúrákkal is próbálkozhassanak. Artem Oganov, a projekt egyik résztvevője szerint összesen mintegy százhúszezer kristályszerkezet keménységét és ellenállóságát sikerült felmérniük. A struktúrák között akadtak valódiak és hipotetikusak is, többségük tulajdonságait korábban még nem vizsgálták. Oganov hozzátette,

eredményeik alapján a gyémánt a legerősebb ismert anyag, de azon kívül több tucat, sokkal keményebb anyag létezhet.

Mesterségesen már megalkották a gyémánt erősebb változatát

Méghozzá az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Szilárdtestfizikai és Optikai Intézetének (MTA Wigner FK SZFI) , valamint a kínai Csangcsun Egyetem kutatói, akik az Advanced Materials szaklap beszámolója szerint a kínai-magyar kutatócsoport egy évtizedes magyar fejlesztést vették újra elő 2018-ban, és ismét megvizsgálták a 2007-ben megalkotott C60-kubánt, amely a gömbszimmetrikus, kizárólag szénből álló fullerének és a kocka alakú szénhidrogén, a kubán összekristályosításával létrehozott nagyszimmetriájú, különleges dinamikájú, fullerén-kubán vegyületcsalád tagja. A vegyületcsaládot az alábbi fotó szemlélteti:

A kísérlet során a C60-kubánt extrém nagy, 36-45 GPa nyomással összenyomták, így kaptak egy olyan amorf szénszármazékot, amelyben a roncsolódott fullerénekből álló egységek megőrizték hosszú távú rendezettségüket. Ezt a fullerének közé beépült kubánmolekulákkal sikerült elérni, mivel azok megakadályozták az amorfizálódott fullerénegységek térhálósodását. Érdekesség, hogy a még nagyobb, 45 GPa nyomáson a nagy energiájú kubán molekulák is reakcióba léptek a szomszédos szénklaszterekkel, így

kialakult egy olyan nagy keménységű hálózat, amely a kísérletnél használt gyémánt nyomáscella felületét is behorpasztotta.

Az ilyen, amorf építőelemekből felépülő kristályos anyagok a szilárd testek új kategóriáját képezik. A mintákat az MTA Wigner FK SZFI-ből Kováts Éva és Pekker Sándor hívta életre.

(Fotó: Pixabay, MTA Wigner FK SZFI)