ИИ дорисовывает невидимые атомы Чтобы просчитать на компьютере свойства материала нужно точно знать, где в кристалле стоит каждый атом. Координаты берут из баз данных, собранных по результатам рентгеновской дифракции. И вот тут вылезает досадная беда: водород этот метод улавливает плохо. В итоге в описании структуры водород либо стоит не там, либо отсутствует вовсе. Кристалл выглядит почти целым — и при этом непригоден для расчётов. Группа учёных из университетов Пармы и Модены решили исправить это с помощью компьютерного зрения. Там есть задача под названием inpainting: восстановить вырезанный кусок изображения. Нейросеть смотрит на то, что вокруг, и достраивает недостающее так, чтобы оно сошлось с окружением. Старые методы засыпали шумом всю картинку целиком и собирали её заново. Современные бьют сильным шумом только по неизвестной области. Ровно этот приём перенесли на кристаллы. Модель XtalPaint шумит только там, где координат нет. Известные позиции атомов остаются на месте и служат опорой всё время реконструкции. Отсюда, по словам аспиранта Тимо Реентса, и рост точности, и экономия вычислений. Проверяли так: брали структуры, где водород уже был найден, стирали его координаты и просили модель восстановить. В 87% случаев она попала точно в известную конфигурацию. Ещё в 10% предложила расположение, энергетически более устойчивое, чем записанное в базе. Итого 97% успеха. Побочный эффект оказался не менее полезным: методом уже ловят ошибки в базах, которые возникают при переносе данных из оригинальных статей. Дальше — литий и натрий. Их позиции модель тоже умеет восстанавливать, а это прямая дорога к поиску материалов для аккумуляторов. Ну и к водородным хранилищам с возможными новыми сверхпроводниками — ради них всё и затевалось. @vselennayaplus

В челюстях морского червя нашли новый металл? Животное, растение или минерал? С морским червём Perinereis cultrifera однозначного ответа не найти. У этого хищного многощетинкового червя челюсти сделаны из белков, прошитых ионами металлов, — ими он кусает, дробит и заглатывает добычу. И ведут себя эти челюсти настолько необычно, что учёные предложили для подобных материалов отдельное имя — «биометаллы». Разбирались австрийские исследователи из Венского технического и Венского университетов. Сначала замерили твёрдость методом наноиндентирования — вдавливали микроскопический наконечник и смотрели, насколько легко остаётся вмятина. Плюс химический анализ и детальная съёмка. Выяснилось: ионов металлов больше всего на самых кончиках челюстей — оттого кончики и твёрже, что логично для того, кто дробит панцири. Червь показал эффект, знакомый по меди и серебру, — так называемый размерный эффект Никса–Гао: на совсем мелких масштабах материал становится твёрже, продавить его труднее. Но вот что делает биометаллы особенными. Упругость челюсти тоже зависит от масштаба — то, как она гнётся и возвращается в форму, меняется в зависимости от того, насколько мелкий участок мы рассматриваем. У обычных кристаллических металлов вроде меди или серебра такого нет. Именно это и выделяет червя в отдельный класс материалов. Как из атомных процессов рождается такая упругость, команда описала математическими моделями и честно признаёт, что пока лишь скребёт по поверхности. Дальше в планах — больше видов, больше данных и совсем уж любопытная идея: посмотреть, как генетические правки меняют «конструкцию» материала. Природа, похоже, освоила материаловедение задолго до нас. @vselennayaplus

Как специфика строения атома водорода может повлиять на его функциональные свойства? Вот вам очень интересный пример из серии "почему нельзя остановиться просто на изучении структуры" и как я пришёл в итоге к теоретической физике. Энергетики обычно облицовывают ёмкости для хранения водорода под давлением специальными полимерными составами. И часто пара металл-чистый водород становится для специалистов кошмаром. И нет, ёмкости и резервуары не корродируют. Всё куда круче - если полимера не будет, то емкость просто... Развалится 😆 Выше показан излом, образовавшийся естественным путём. Виной всему строение атома водорода. Когда атом водорода входит в металл (а при постоянном контакте это происходит хотя бы из-за диффузии), он обычно отдает свой единственный электрон в зону проводимости материала. Большинство элементов сохраняют внутреннее электронное облако, создающее стерические препятствия, из-за которых электроны сильно отталкиваются друг от друга при слишком близком сближении. У протона водорода, не имеющего внутренней оболочки, такого электронного облака нет. Поскольку у него нет внутреннего электронного облака, которое могло бы оказывать сопротивление кристаллической решетке, он легко перемещается в межатомных пространствах. Способность водорода избегать столкновений не ограничивается только физическими факторами. Поскольку водород невероятно мал, на его поведение сильно влияет квантовая механика. Длина волны де Бройля протона достаточно велика, чтобы он мог квантово туннелировать сквозь физические энергетические барьеры между междоузлиями. Вместо того чтобы использовать тепловую энергию для преодоления барьера от одного пустого пространства в кристаллической решетке к другому, атом водорода может просто обойти эту преграду. Это позволяет водороду быстро диффундировать через твердые материалы даже при чрезвычайно низких температурах, где более тяжелые атомы прочно зафиксированы. Свободно перемещаясь по стальной решетке, эти протоны сталкиваются с микроскопическими дефектами, границами зерен или крошечными пустотами. Когда два протона водорода встречаются в одной из таких пустот, они забирают электроны и образуют связь, формируя газообразный водород. Это уже не полезно, так как вызывает колоссальные внутренние напряжения. Но помимо этого всё это ещё и реагировать химически начинает с образованием продуктов реакции. Это огромное внутреннее давление разрывает окружающий металл, вызывая катастрофическое разрушение структуры, известное как водородное охрупчивание. Металл разрушается изнутри наружу. И это под микроскопом выглядит так, как показано на картинке. Вот вам сразу три фактора в одно связке. и Два из них выходят за рамки механики. Чат канала теперь тут