Algorithmus erleichtert Materialforschung

Verfasst von Pichler/pte am 14.06.2017 - 23:07

Materialforscher an der University of Liverpool setzen auf Computer-Unterstützung, um ihre Arbeit zu erleichtern. Ein Algorithmus hilft ihnen dabei, Kombinationen verschiedener Elemente zu finden, die auch tatsächlich stabil sein sollten. Wie das Team in "Nature" berichtet, haben sie bereits zwei neue kristalline Materialien im Labor experimentell synthetisiert, bei denen ihnen die Computerberechnungen den Weg gewiesen haben.

Von robusteren Handy-Displays über effizientere Stromgewinnung bis hin zu flexibler Elektronik: Oft sind es Durchbrüche in der Materialforschung, die dann grosse technologische Würfe ermöglichen. Doch die Entwicklung neuer Materialien kann sich in die Länge ziehen. Denn es gibt viele Millionen an möglichen Anordnungen verschiedener Atome und Moleküle, doch nur ein Bruchteil davon sind auch stabil und im Labor herstellbar. Forscher suchen also praktisch die Nadel im Heuhaufen. Der Liverpooler Algorithmus nutzt nun ein chemisches Verständnis der Struktur bekannter Materialien, um neue Kombinationen vorzuschlagen, die ebenfalls stabil und synthetisierbar sein sollten.

"Der wesentliche Schritt bei dieser Arbeit war die Möglichkeit, eine grosse Zahl an wirklich repräsentativen Strukturen zu generieren, um zu beurteilen, welche Element-Kombinationen stabil sind", sagt Matt Rosseinsky, Chemieprofessor an der University of Liverpool. Dadurch kann der Algorithmus Forschern helfen, aus der Unmenge an möglichen Materialen nur vielversprechende auszuprobieren und so schneller ans Ziel zu kommen. "Das ist wie eine Karte mit Adresse zu haben, statt nur zu wissen, dass jemand irgendwo in London lebt", vergleicht der Materialchemiker.

Wenngleich das Liverpooler Team dank seines Algorithmus relativ schnell zwei neue Materialen entdeckt hat, ist das aus Sicht der Forscher nur ein Schritt auf einem längeren Weg. "Eine der wichtigsten Herausforderungen bei der Entdeckung von Materialien wird in Zukunft sein, Vorhersagen über Zusammensetzung und Struktur mit Vorhersagen über die Eigenschaften zu kombinieren", erklärt Rosseinsky. Denn dass ein Material stabil ist, macht es allein noch nicht nützlich. Dazu sollte es auch für eine Anwendung bessere Eigenschaften haben als bisher genutzte Materialien.