Инженерам из Принстона удалось осуществить прорыв в имеющей 80-летнюю историю проблеме квантовой физики, открыв дорогу разработке новых веществ с заданными свойствами, что позволит, например, делать электронные устройства меньших размеров или повысить энергетическую эффективность автомобилей.

Как сообщает ScienceDaily, исследователи, значительно доработав теорию, впервые предложенную физиками в 1920-х годах, открыли новый способ предсказания важных характеристик новых материалов до того, как они будут реально созданы. Новая формула позволяет моделировать свойства материалов на компьютере в 100000 раз быстрее, чем это было возможно ранее, причем исследовать можно несравненно более широкий диапазон свойств.

«Уравнение, которое использовалось раньше, было недостаточным и требовало огромных затрат вычислительной мощности, из-за чего исследователи могли моделировать лишь несколько сот атомов идеального вещества», — говорит руководитель проекта, профессор механики и аэрокосмической инженерии и прикладной и вычислительной математики Эмили Картер. «Однако большинство материалов неидеальны. Их важные свойства фактически определяются изъянами, но для того чтобы понять их и учесть дефекты, нужно рассматривать тысячи или десятки тысяч атомов. Используя новое уравнение, мы смогли смоделировать до миллиона атомов, тем самым подошли намного ближе к реальным свойствам исследуемого вещества» — поясняет она.

Давая панорамную картину того, как вещество ведет себя в реальном мире, новая теория предоставляет ученым инструмент для разработки новых материалов, которые могут быть использованы при проектировании инновационных технологий. Например, кузова автомобилей, сделанные из более легких и прочных сплавов, позволят экономить затрачиваемую ими энергию, а использование нанопроводов с диаметром, в десятки тысяч раз меньшим диаметра человеческого волоса, позволит делать электронные устройства меньшего размера и большего быстродействия.

Предложенный метод основан на моделировании кинетической энергии электронов в металлах, полупроводниках и широком спектре других материалов.

«Раньше было возможно рассматривать лишь маленькие кусочки веществ и идеальных кристаллов. Теперь мы можем с высокой точностью применять квантовую механику в таких масштабах материи, которые никогда ранее не были доступны», — заключает Эмили Картер.