«Геном материалов»: Артем Оганов выступает как всегда чрезвычайно артистично уверенно убедительно информативно. В отличие от большинства других грантокопателей у Оганова присутствует смысловая составляющая. Но обязательно упоминание рака с ДНК и много вычислений на суперкомпьютерах и море информации про которую надо думать что с ней делать и как использовать будь то коллайдер или расшифровка генома. У Оганова конечно были предшественники и естественно их считали шарлатанами, для продвижения нужен талант пиарщика
12 декабря 2013 г. (четверг) в рамках проекта «Полит.ру» выступили: Артем Оганов с завершающей лекцией «Как мы открыли “запрещенную” химию» и перед ним сотрудник его лаборатории в Китае Шинчу Чен (Xingqiu Chen) с лекцией «Компьютерный дизайн материалов: вчера, сегодня и завтра».
Информация организаторов:
Артем Оганов – Ph.D. в кристаллографии University College London, доктор наук (Habilitation) Швейцарского Федерального политехнического института в Цюрихе, профессор Университета штата Нью-Йорк, победитель конкурса мегагрантов и руководитель Лаборатории компьютерного дизайна материалов Московского физико-Технического института.
Шинчу Чен (Xingqiu Chen) получил степень магистра по металлургии в Школе материаловедения и металлургии в Northeastern University (Китай) в 2001 г. Свою Ph.D. диссертацию он защитил в Венском университете (Австрия) в 2004 году. Два года он работал постдоком в Институте физической химии и Венском Центре компьютерного материаловедения с 2004 по 2006 г. В 2007 году он переехал в Национальную лабораторию в Oak Ridge (США), а в конце 2009 г. вернулся в Китай по программе «100 талантов» Китайской академии наук, нацеленной на возвращение талантливых китайских ученых. Работает ведущим исследователем в Шеньянской Национальной лаборатории по материаловедению в Институте металловедения Китайской академии наук.
Конспект
Борис Долгин: сегодня последняя лекция в этом году. В следующий четверг публичная дискуссия преподавание истории 20-го века.
Артем Аганов представил выдающегося китайского ученого, приглашенного по просьбе Натальи Деминой. У него замечательная биография. По-английски говорит не с китайским а с австрийским акцентом. Уехал в США. Вернулся на родину по программе «Сто талантов» возвращения лучших китайских ученых в столицу Манчжурии в Академию наук. Здесь мы Академию убиваем, а в Китае ее развивают.
Шинчу Чен (Xingqiu Chen) здравствуй Москва! Я работаю в Институте исследования металлов в Академии наук. Я впервые в Москве не считая пересадки в Шереметьево и мне очень интересно увидеть что происходит в этой стране.
Я работаю в городе Шеньян небольшой город 700 км от Пекина. Медленный поезд за четыре часа, будет быстрый 2,5 часа.
Мой институт один из 150 институтов китайской АН. Четыре здания института, один занимается фундаментальными исследованиями три других прикладными. Численность сотрудников 890 и еще 600 аспирантов и докторантов 7 академиков 129 профессоров. Есть сотрудница прямой потомок китайских императоров.
Я попытаюсь построить фундаментальную картину как мы изучаем материалы. Кусочек материала около стони кубического нанометра содержит 7200 атомов.
Открытие периодического закона Менделеева упростило нам изучение вещества
Задача компьютерного анализа материалов масштабная задача. На первом этапе нужно понять физику химии. На втором компьютерное моделирование потом программы и железо.
Мы знаем со школьной скамьи про скамьи о свойствах электрона спин орбитали. Уравнение Шредингера 1933 Нобелевская премия вместе с Дираком. Уравнение выглядит элегантно но решить его можно только для атома водорода для остальных приходится привлекать компьютер.
Важный прорыв случился в 60-х. Вальтер Кон сформулировал теорию функционала плотности. Появились мощные компьютеры Джон Попл использовал компьютерные вычисления.
Целый ряд ученых компьютерное моделирование сложных химических веществ биомолекул в 2013 достигло кульминации. Сложность в том что даже с помощью теории функционалов плотности невозможно рассчитывать очень сложные системы. Пришлось создавать новые методы. Одна из самым популярных программ
В основании структуры...
USPEX Успех программа создана Артемом Огановым. Работа фундаментально обогатила нашу науку. Например было предсказано что натрий под давлением перестанет быть металлом и станет прозрачным. Еще один удивительный пример новая форма элемента бора с очень интересным химическим взаимодействием перенос заряда от атома к атому.
Такого рода вещества очень трудно объяснить. Возможны вариации на тему новой периодической таблицы.
Область исследований открытие новых материалов на компьютере в Китае очень щедро финансируется «геном материалов». Много суперкомпьютеров. Был самый мощный в мире. Сейчас есть сопоставимой мощности и в России. 34 петафлопа в Гуаньджоу самый мощный в Китае.
У нас в отделе исследования покрывают от микро до макроскопических. Мои микроскопические.
Железо антиферромагнит
На нашу работу был обзор в Nature Chemistry, без компьютеров такое исследование невозможно
Исследование стали. Энергетический кризис заставляет нас думать о новых типах реакторов.
Очень интересный тип металлов открыть недавно топологический изолятор поверхность проводит ток.
Сплавы вольфрама и бора очень твердые. С помощью программы USPEX Оганова открыты новые сплавы. После этого они были синтезированы.
После моделирования делаются реальные приборы.
В месте Три ущелья на Янцзы построена самая большая ГЭС в мире. Форма лопастей можно моделировать. В прошлом оборудование было импортным сейчас свое. Для нее нужен большой слиток. Чтобы не было дефектов помогает компьютерное моделирование. 600 тонн.
Возвращаемся к самому началу. Переходы между уровнями нетривиальны.
Я вижу четыре задачи. Нужно придумать мост между разными масштабами. Придумать как анализировать данные в большом объеме наши расчеты производят много данных.
Суть любого научного исследования это не оборудование а продвижение науки. Нужно гармонично сочетать теорию моделирование исследование.
Цитата Оганова 2011 последние прорывы кристаллических структур позволят предсказывать новые структуры.
Артем Оганов рассказал о новых исследованиях у меня три лаборатории в США России Китае. Речь идет об открытии запрещенной химии. Это значит что представление о химической связи надо расширить. В экстремальных условиях давление магнитное поле и на поверхности кристалла. Возникает новая глава химии.
Мои любимые экстремальные условия высокое давление. Для вещества Вселенной обычные условия высокие давления. В центрах планет порядка миллиона атмосфер. Двести слонов на острие дамской шпильки.
Нам удалось решить проблему кристаллических структур. Вы мне задаете химическую формулу и условия, я рассчитываю наиболее устойчивое расположение атомов. Программа USPEX. Задача в лоб не решается потому что астрономическое количество атомов потребует очень длительных вычислений. Мы решаем эволюционным методом. Следующий год объявлен ООН годом кристаллографии в 1913 году Braggs структура алмаза.
Методом раскрыта структура ДНК.
С помощью дифракционных экспериментов было открыто новое состояние вещества квазикристаллическое. Открыл Шихман его за это выгнали с работы. Через тридцать лет он получил Нобелевскую премию.
Графит самая устойчивая форма углерода. Если повысите давление алмаз. При давлении 20 млн атмосфер следующая форма. Экспериментов пока нет.
Нептун излучает тепла больше чем получает от Солнца. Многие планеты производят тепло благодаря радиоактивному распаду как в недрах Земли. На Нептуне это невозможно. Жидкая планета состоит из смеси воды аммиака и метана. Метан разлагается при высоком давлении с образованием алмаза. Тепло образуется из-за падения большого количества алмазов. После публикации нашей гипотезы астрономы опубликовали об открытии алмазной планеты.
Натрий с обыкновенной электропроводностью при двух млн атмосферах красновато-оранжевый и прозрачный, при трех бесцветный и прозрачный как стеклышко. Образуются за счет остерных электронов, которые выдавливают валентные.
Бор в форме самого твердого вещества.
Реакции благородных газов. Лайнус Полинг предсказал что фтор или кислород могут отобрать электроны у ксенона. Спустя 30 лет получены фториды ксенона. Под давлением получены фториды ксенона.
Гелий составляет четверть вещества Вселенной. Отнять электрон у гелия очень трудно отвергает любые формы химической связи.
Соединение гелия получилось с натрием на два атома натрия один гелия и один пустого пространства которое может рассматриваться как некий атом.
Сумасшедшая соль хлористый натрий. Под давлением две тыс атмосфер можно получить соединение разных сочетаний хлора и натрия. В центре Земли два миллиона атмосфер. В новой структуре некоторые атомы хлора положительный. Это метал но плохой. Другой вариант двумерный металл. Проводит ток только в одном направлении.
Хлорид натрия самая простая система. Кроме кремний кислород все другие тоже дают необычные вещества. Пероксид натрия можно объяснить классической химии. Три атома магния на два кислорода объяснить нельзя.
Наше недавнее открытие. Люди которые работают с асбестом заболевают раком. От тонкой кварцевой пыли тоже. Эти вещества ни с чем не реагируют. Но рак образуется в химическом взаимодействии. ДНК мутация и клетка отказывается умирать. В нормальной клетке заложен механизм самоубийства. Пероксид-ион. В асбесте кварце его нет. Но тонкая пыль обладает огромной поверхностью на ней образуется пероксид. Вот она причина рака. Возможно нам удастся придумать как предотвращать рак. Китайцам известно средство зеленый чай снижает любой рак на 30-40%.
Вопросы:
Иван Дуденков не может быть 10 в 28 атомов кубическом мм. – Опечатка, на самом деле 10 в 20.
Наталья нам говорили что решить уравнения Шредингера невозможно? – Только для водорода. Для кристалла невозможно точно только приближенно. Дали несколько нобелевских премий за приближенные решения.
- Топологические изоляторы известны например сульфит свинца галенит. Их собираются применять в квантовых компьютерах, нового типа вычислительный прибор который некоторые задачи решают намного быстрее. Две металлические поверхности могут друг с другом разговаривать. Это взаимодействие нежелательно. Пока топологические изоляторы не применяются в каких-то приборах. Но есть много идей как их использовать. Чем меньше ширина запрещенной зоны тем ниже температура при которой их можно получить. Пока 3 электрон-вольта, если удастся получить один мир сильно бы изменился.
Константин Иванович: Сколько получал в США и сколько в Китае и сколько уборщица получает – Каждые три года производят суперкомпьютер нового поколения. В США нет фиксированной зарплаты для всех. В Китае получает больше. По сравнению с уборщицей примерно в 10 раз. Личная зарплата далеко не самое важное. Китайское правительство дает деньги на проведение исследований и работу групп.
- Атомная величина давления очень велика, около ста терапаскалей валентная оболочка всмятку. Мы оперируем давлениями ниже. Требование компактной структуры важнее химической связи. Когда атом запираете в замкнутом пространстве он не может свои электроны распространять до бесконечности заполнение орбиталей меняется. Открыто было в России но описано так что не заметили. Дефект это то что нарушает кристалл. Сама по себе поверхность дефект. Поверхность содержит пероксид-ионы.
Бета бор ионный. Альфа тетрагональный бор еще более спорная структура – Вы правы частично. У меня нет компьютерной программы для расчета кристаллов потому что все под линукс которым я не владею – Структура гамма бора опубликована в 2009 раньше. Структура бета бора в 60-х опубликована.
Наталья – гибридизация орбиталей ответственна за компактное состояние. Новая запретная химия это глава которую мы только начинаем писать. В уравнении Шредингера волновая функция. На пути расчета энергии вы получаете электронную плотность. Распределение электронной плотности можно измерить. Недалеко отсюда станция Менделеевская в мраморе карты электронной плотности.
Л.М. вашу дискуссию слушать интересней но все же просьба в нескольких словах описать эволюционный принцип программы USPEX – О это долгий разговор мы начинаем со случайных решений. Двигаем атомы в направлении силы пока сила не равна нулю положение минимальной энергии. Так делаем для разных структур. Т.е. мы начинаем очень далеко. Те которые невыгодны убиваем.
12 декабря 2013 г. (четверг) в рамках проекта «Полит.ру» выступили: Артем Оганов с завершающей лекцией «Как мы открыли “запрещенную” химию» и перед ним сотрудник его лаборатории в Китае Шинчу Чен (Xingqiu Chen) с лекцией «Компьютерный дизайн материалов: вчера, сегодня и завтра».
Информация организаторов:
Артем Оганов – Ph.D. в кристаллографии University College London, доктор наук (Habilitation) Швейцарского Федерального политехнического института в Цюрихе, профессор Университета штата Нью-Йорк, победитель конкурса мегагрантов и руководитель Лаборатории компьютерного дизайна материалов Московского физико-Технического института.
Шинчу Чен (Xingqiu Chen) получил степень магистра по металлургии в Школе материаловедения и металлургии в Northeastern University (Китай) в 2001 г. Свою Ph.D. диссертацию он защитил в Венском университете (Австрия) в 2004 году. Два года он работал постдоком в Институте физической химии и Венском Центре компьютерного материаловедения с 2004 по 2006 г. В 2007 году он переехал в Национальную лабораторию в Oak Ridge (США), а в конце 2009 г. вернулся в Китай по программе «100 талантов» Китайской академии наук, нацеленной на возвращение талантливых китайских ученых. Работает ведущим исследователем в Шеньянской Национальной лаборатории по материаловедению в Институте металловедения Китайской академии наук.
Конспект
Борис Долгин: сегодня последняя лекция в этом году. В следующий четверг публичная дискуссия преподавание истории 20-го века.
Артем Аганов представил выдающегося китайского ученого, приглашенного по просьбе Натальи Деминой. У него замечательная биография. По-английски говорит не с китайским а с австрийским акцентом. Уехал в США. Вернулся на родину по программе «Сто талантов» возвращения лучших китайских ученых в столицу Манчжурии в Академию наук. Здесь мы Академию убиваем, а в Китае ее развивают.
Шинчу Чен (Xingqiu Chen) здравствуй Москва! Я работаю в Институте исследования металлов в Академии наук. Я впервые в Москве не считая пересадки в Шереметьево и мне очень интересно увидеть что происходит в этой стране.
Я работаю в городе Шеньян небольшой город 700 км от Пекина. Медленный поезд за четыре часа, будет быстрый 2,5 часа.
Мой институт один из 150 институтов китайской АН. Четыре здания института, один занимается фундаментальными исследованиями три других прикладными. Численность сотрудников 890 и еще 600 аспирантов и докторантов 7 академиков 129 профессоров. Есть сотрудница прямой потомок китайских императоров.
Я попытаюсь построить фундаментальную картину как мы изучаем материалы. Кусочек материала около стони кубического нанометра содержит 7200 атомов.
Открытие периодического закона Менделеева упростило нам изучение вещества
Задача компьютерного анализа материалов масштабная задача. На первом этапе нужно понять физику химии. На втором компьютерное моделирование потом программы и железо.
Мы знаем со школьной скамьи про скамьи о свойствах электрона спин орбитали. Уравнение Шредингера 1933 Нобелевская премия вместе с Дираком. Уравнение выглядит элегантно но решить его можно только для атома водорода для остальных приходится привлекать компьютер.
Важный прорыв случился в 60-х. Вальтер Кон сформулировал теорию функционала плотности. Появились мощные компьютеры Джон Попл использовал компьютерные вычисления.
Целый ряд ученых компьютерное моделирование сложных химических веществ биомолекул в 2013 достигло кульминации. Сложность в том что даже с помощью теории функционалов плотности невозможно рассчитывать очень сложные системы. Пришлось создавать новые методы. Одна из самым популярных программ
В основании структуры...
USPEX Успех программа создана Артемом Огановым. Работа фундаментально обогатила нашу науку. Например было предсказано что натрий под давлением перестанет быть металлом и станет прозрачным. Еще один удивительный пример новая форма элемента бора с очень интересным химическим взаимодействием перенос заряда от атома к атому.
Такого рода вещества очень трудно объяснить. Возможны вариации на тему новой периодической таблицы.
Область исследований открытие новых материалов на компьютере в Китае очень щедро финансируется «геном материалов». Много суперкомпьютеров. Был самый мощный в мире. Сейчас есть сопоставимой мощности и в России. 34 петафлопа в Гуаньджоу самый мощный в Китае.
У нас в отделе исследования покрывают от микро до макроскопических. Мои микроскопические.
Железо антиферромагнит
На нашу работу был обзор в Nature Chemistry, без компьютеров такое исследование невозможно
Исследование стали. Энергетический кризис заставляет нас думать о новых типах реакторов.
Очень интересный тип металлов открыть недавно топологический изолятор поверхность проводит ток.
Сплавы вольфрама и бора очень твердые. С помощью программы USPEX Оганова открыты новые сплавы. После этого они были синтезированы.
После моделирования делаются реальные приборы.
В месте Три ущелья на Янцзы построена самая большая ГЭС в мире. Форма лопастей можно моделировать. В прошлом оборудование было импортным сейчас свое. Для нее нужен большой слиток. Чтобы не было дефектов помогает компьютерное моделирование. 600 тонн.
Возвращаемся к самому началу. Переходы между уровнями нетривиальны.
Я вижу четыре задачи. Нужно придумать мост между разными масштабами. Придумать как анализировать данные в большом объеме наши расчеты производят много данных.
Суть любого научного исследования это не оборудование а продвижение науки. Нужно гармонично сочетать теорию моделирование исследование.
Цитата Оганова 2011 последние прорывы кристаллических структур позволят предсказывать новые структуры.
Артем Оганов рассказал о новых исследованиях у меня три лаборатории в США России Китае. Речь идет об открытии запрещенной химии. Это значит что представление о химической связи надо расширить. В экстремальных условиях давление магнитное поле и на поверхности кристалла. Возникает новая глава химии.
Мои любимые экстремальные условия высокое давление. Для вещества Вселенной обычные условия высокие давления. В центрах планет порядка миллиона атмосфер. Двести слонов на острие дамской шпильки.
Нам удалось решить проблему кристаллических структур. Вы мне задаете химическую формулу и условия, я рассчитываю наиболее устойчивое расположение атомов. Программа USPEX. Задача в лоб не решается потому что астрономическое количество атомов потребует очень длительных вычислений. Мы решаем эволюционным методом. Следующий год объявлен ООН годом кристаллографии в 1913 году Braggs структура алмаза.
Методом раскрыта структура ДНК.
С помощью дифракционных экспериментов было открыто новое состояние вещества квазикристаллическое. Открыл Шихман его за это выгнали с работы. Через тридцать лет он получил Нобелевскую премию.
Графит самая устойчивая форма углерода. Если повысите давление алмаз. При давлении 20 млн атмосфер следующая форма. Экспериментов пока нет.
Нептун излучает тепла больше чем получает от Солнца. Многие планеты производят тепло благодаря радиоактивному распаду как в недрах Земли. На Нептуне это невозможно. Жидкая планета состоит из смеси воды аммиака и метана. Метан разлагается при высоком давлении с образованием алмаза. Тепло образуется из-за падения большого количества алмазов. После публикации нашей гипотезы астрономы опубликовали об открытии алмазной планеты.
Натрий с обыкновенной электропроводностью при двух млн атмосферах красновато-оранжевый и прозрачный, при трех бесцветный и прозрачный как стеклышко. Образуются за счет остерных электронов, которые выдавливают валентные.
Бор в форме самого твердого вещества.
Реакции благородных газов. Лайнус Полинг предсказал что фтор или кислород могут отобрать электроны у ксенона. Спустя 30 лет получены фториды ксенона. Под давлением получены фториды ксенона.
Гелий составляет четверть вещества Вселенной. Отнять электрон у гелия очень трудно отвергает любые формы химической связи.
Соединение гелия получилось с натрием на два атома натрия один гелия и один пустого пространства которое может рассматриваться как некий атом.
Сумасшедшая соль хлористый натрий. Под давлением две тыс атмосфер можно получить соединение разных сочетаний хлора и натрия. В центре Земли два миллиона атмосфер. В новой структуре некоторые атомы хлора положительный. Это метал но плохой. Другой вариант двумерный металл. Проводит ток только в одном направлении.
Хлорид натрия самая простая система. Кроме кремний кислород все другие тоже дают необычные вещества. Пероксид натрия можно объяснить классической химии. Три атома магния на два кислорода объяснить нельзя.
Наше недавнее открытие. Люди которые работают с асбестом заболевают раком. От тонкой кварцевой пыли тоже. Эти вещества ни с чем не реагируют. Но рак образуется в химическом взаимодействии. ДНК мутация и клетка отказывается умирать. В нормальной клетке заложен механизм самоубийства. Пероксид-ион. В асбесте кварце его нет. Но тонкая пыль обладает огромной поверхностью на ней образуется пероксид. Вот она причина рака. Возможно нам удастся придумать как предотвращать рак. Китайцам известно средство зеленый чай снижает любой рак на 30-40%.
Вопросы:
Иван Дуденков не может быть 10 в 28 атомов кубическом мм. – Опечатка, на самом деле 10 в 20.
Наталья нам говорили что решить уравнения Шредингера невозможно? – Только для водорода. Для кристалла невозможно точно только приближенно. Дали несколько нобелевских премий за приближенные решения.
- Топологические изоляторы известны например сульфит свинца галенит. Их собираются применять в квантовых компьютерах, нового типа вычислительный прибор который некоторые задачи решают намного быстрее. Две металлические поверхности могут друг с другом разговаривать. Это взаимодействие нежелательно. Пока топологические изоляторы не применяются в каких-то приборах. Но есть много идей как их использовать. Чем меньше ширина запрещенной зоны тем ниже температура при которой их можно получить. Пока 3 электрон-вольта, если удастся получить один мир сильно бы изменился.
Константин Иванович: Сколько получал в США и сколько в Китае и сколько уборщица получает – Каждые три года производят суперкомпьютер нового поколения. В США нет фиксированной зарплаты для всех. В Китае получает больше. По сравнению с уборщицей примерно в 10 раз. Личная зарплата далеко не самое важное. Китайское правительство дает деньги на проведение исследований и работу групп.
- Атомная величина давления очень велика, около ста терапаскалей валентная оболочка всмятку. Мы оперируем давлениями ниже. Требование компактной структуры важнее химической связи. Когда атом запираете в замкнутом пространстве он не может свои электроны распространять до бесконечности заполнение орбиталей меняется. Открыто было в России но описано так что не заметили. Дефект это то что нарушает кристалл. Сама по себе поверхность дефект. Поверхность содержит пероксид-ионы.
Бета бор ионный. Альфа тетрагональный бор еще более спорная структура – Вы правы частично. У меня нет компьютерной программы для расчета кристаллов потому что все под линукс которым я не владею – Структура гамма бора опубликована в 2009 раньше. Структура бета бора в 60-х опубликована.
Наталья – гибридизация орбиталей ответственна за компактное состояние. Новая запретная химия это глава которую мы только начинаем писать. В уравнении Шредингера волновая функция. На пути расчета энергии вы получаете электронную плотность. Распределение электронной плотности можно измерить. Недалеко отсюда станция Менделеевская в мраморе карты электронной плотности.
Л.М. вашу дискуссию слушать интересней но все же просьба в нескольких словах описать эволюционный принцип программы USPEX – О это долгий разговор мы начинаем со случайных решений. Двигаем атомы в направлении силы пока сила не равна нулю положение минимальной энергии. Так делаем для разных структур. Т.е. мы начинаем очень далеко. Те которые невыгодны убиваем.