1163
Пошук нових надпровідників — це трохи як пошук голки в стозі сіна завбільшки з планету. Матеріалів, які теоретично можуть проводити струм без опору, мільйони, а перевірити кожен у лабораторії неможливо. Дослідники з Флоридського університету навчили штучний інтелект перебрати понад 1,3 мільйона структур, відібрати найперспективніші — і двоє з них справді виявилися надпровідниками, коли їх синтезували в реальній лабораторії.
Надпровідність — стан, у якому матеріал проводить електрику зовсім без втрат. Це мрія енергетики, транспорту й електроніки: жодного нагрівання, жодних утрат у дротах. Проблема в тому, що більшість відомих надпровідників працюють лише за екстремально низьких температур, а знайти нові — довго й дорого. Тут на допомогу і прийшов машинний розум.
Як працює ШІ-сито
Команда під керівництвом Річарда Ґ. Генніґа створила систему BEE-NET — ансамбль спеціальних нейромереж, що вміють «читати» кристалічну структуру матеріалу. Мережа має два режими: швидкий, який оцінює лише геометрію кристала, і точніший, що враховує ще й коливання атомів у ґратці. Такий підхід дозволяє спершу грубо відсіяти мільйони кандидатів, а потім прискіпливіше придивитися до найкращих.
Точність вражає: модель передбачає критичну температуру (ту, за якої вмикається надпровідність) із середньою похибкою всього 0,87 кельвіна й у 99,4% випадків правильно відкидає матеріали, що надпровідниками не є. Багатоступеневий конвеєр поєднав заміну хімічних елементів, машинно-навчені потенціали взаємодії атомів (M3GNET) і класичні квантово-механічні розрахунки за теорією функціонала густини.
Від мільйонів до двох реальних зразків
З понад 1,3 мільйона стартових структур ШІ відібрав 741 стабільну сполуку, у якій надпровідність мала б з’являтися вище 5 кельвінів. Серед них 69 матеріалів із передбаченою критичною температурою від 20 кельвінів — це вже цілком практичний діапазон. Загальна точність відбору склала 86%.
Але найголовніше — теорію перевірили ділом. Двоє раніше невідомих надпровідників не просто передбачили, а синтезували й виміряли в лабораторії. Сполука Be₂Hf₂Nb показала надпровідність за температури близько 3,18 кельвіна, а Be₂HfNb₂ — приблизно за 4,24 кельвіна. Це не рекордні значення, але сам факт, що комп’ютерний прогноз підтвердився металом у пробірці, і є справжнім результатом.
Чому це важливо? Досі відкриття нових матеріалів було переважно справою удачі й багаторічних експериментів. Тепер же ШІ здатний за короткий час звузити безмежний пошук до кількох десятків реальних кандидатів, які варто спробувати виготовити. Це не заміна фізикам, а потужний «розвідник», що показує, де копати. І хоча до надпровідника, який працюватиме за кімнатної температури, ще далеко, підхід, описаний у журналі npj Computational Materials, може помітно пришвидшити рух у цей бік — не лише в надпровідності, а й у пошуку будь-яких нових матеріалів.
Джерело: npj Computational Materials
