Los investigadores de la Universidad de Aalto y la Universidad de Cambridge han logrado un avance significativo en la ciencia computacional al combinar el modelado a nivel atómico y el aprendizaje automático. Por primera vez, el método se ha utilizado para modelar de manera realista cómo se forma un material amorfo a nivel atómico: es decir, un material que no tiene una estructura cristalina regular. Se espera que el enfoque tenga impacto en la investigación de muchos otros materiales.
"El secreto de nuestro éxito es el aprendizaje automático, a través del cual podemos modelar el comportamiento de miles de átomos durante largos períodos de tiempo. De esta manera, hemos obtenido un modelo más preciso", explica el investigador postdoctoral Miguel Caro.
Las simulaciones del equipo revelan que la película de carbono con forma de diamante se forma a nivel atómico de una manera diferente de lo que se pensaba. La comprensión predominante en los últimos 30 años del mecanismo de formación de la película de carbono amorfo se ha basado en suposiciones y experimentos experimentales indirectos.resultados. Hasta ahora no había disponible un modelo de nivel atómico bueno ni adecuado. El nuevo método ahora ha anulado los modelos cualitativos anteriores y ha proporcionado una imagen precisa del mecanismo de formación a nivel atómico.
'Anteriormente, se pensaba que se formaban películas de carbono amorfo cuando los átomos se juntan en un área pequeña. Hemos demostrado que las ondas de choque mecánicas pueden causar la formación de átomos similares a diamantes más lejos del punto en el que los átomos impactantes golpean elobjetivo, informa Caro, quien realizó las simulaciones en supercomputadoras CSC Centro de TI para la ciencia, modelando la deposición de decenas de miles de átomos.
Los resultados abren nuevas vías importantes para la investigación
Existen innumerables usos diferentes para el carbono amorfo. Se usa como recubrimiento en muchas aplicaciones mecánicas, como los motores de automóviles, por ejemplo. Además, el material también se puede usar con fines médicos y en diversos aspectos biológicos relacionados con la energíay aplicaciones ambientales.
'Para nosotros, la aplicación más importante son los biosensores. Hemos utilizado recubrimientos de carbono amorfo muy finos para identificar diferentes biomoléculas. En estas aplicaciones, es especialmente importante conocer las propiedades eléctricas, químicas y electroquímicas de las películas y poderpersonalizar el material para una aplicación particular ', explica el profesor Tomi Laurila.
El Dr. Volker Deringer, miembro de Leverhulme Early Career Fellow, está particularmente entusiasmado con el uso de estos métodos para materiales amorfos.
"Hacer equipo ha sido un gran éxito", concluyen Deringer y Caro, quienes continúan la colaboración entre sus instituciones a través de visitas continuas. El equipo espera que su enfoque ayude a muchos otros en la investigación de materiales experimentales, ya que puede brindar información sobremateriales con un nivel de precisión cercano al de los métodos de mecánica cuántica, pero al mismo tiempo pueden hacer uso de miles de átomos y largos tiempos de simulación. Ambos son extremadamente importantes para una imagen realista de los procesos en experimentos.
'Estoy especialmente entusiasmado con el tipo de oportunidades que ofrece este método para futuras investigaciones. Este modelo a nivel atómico produce resultados verificablemente correctos que corresponden excepcionalmente bien a los resultados experimentales, revelando también por primera vez los fenómenos a nivel atómico detrásLos resultados: utilizando el modelo, podemos, por ejemplo, predecir qué tipo de superficie de carbono sería la mejor para medir los neurotransmisores dopamina y serotonina ', dice Laurila.
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Materiales proporcionado por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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