Asistuojanti Misūrio mokslų ir technologijos universiteto profesorė Julija E. Medvedeva (Julia E. Medvedeva) įsitikinusi, jog ne tik gamta, bet ir žmogus gali sukurti medžiagas. Mokslininkė mėgina išsiaiškinti, kaip įvairios medžiagų savybės, pavyzdžiui, optinis skaidrumas ar savitasis elektrinis laidumas, priklauso nuo atomų išsidėstymo mikroskopiniu lygiu. Toks fizikinių reiškinių supratimas leidžia sukurti naujas medžiagas, pasižyminčias tam tikromis reikalingomis savybėmis.

„Dabar vyksta tikra medžiagų revoliucija, – pasakoja J. Medvedeva. – Patobulintos medžiagos jau pakeitė milijonų žmonių gyvenimą visame pasaulyje. Superkompiuteriai šiam progresui suteikia dar didesnį pagreitį“.

Iki šiol mokslininkai stengėsi perprasti tas medžiagas, kurios aptinkamos natūraliai gamtoje arba jau yra paruoštos laboratorijose. Bet dabar itin galingų superkompiuterių pasirodymas bei naujos skaičiavimų galimybės leidžia tyrėjams modeliuoti visiškai naujas medžiagas. Žinant atomų struktūrą ir jų erdvini išsidėstymą, įmanoma įvairiai koreguoti medžiagų savybes.

Tokie skaičiavimų „eksperimentai“ leidžia J. Medvedevai gerokai paspartinti reikalingų medžiagų paieškas. Kiekvienai skirtingai taikymo sričiai galima sumodeliuoti tinkamą medžiagą – toks procesas keliasdešimt kartų spartesnis už įprastinius bandymų metodus.

Mokslininkė ypač domisi specifine medžiagų klase, vadinama skaidriaisiais laidininkais. Jie pasižymi iš pažiūros nesuderinamomis savybėmis: yra optiškai skaidrūs (kaip stiklas) ir elektriškai laidūs (kaip metalas). Skaidrieji laidininkai yra nepaprastai svarbios daugelio tokių prietaisų kaip saulės baterijų, protingųjų langų, lanksčiųjų ekranų ar dujų jutiklių sudedamosios dalys. Nepaisant daugybės pritaikymo sričių ir nuolat augančio tokių prietaisų porekio, yra žinomos viso labo tik keturios medžiagos, tinkamos skaidriesiems laidininkams – legiruotas cinkas, indis, kadmis ir alavo oksidai. Ir tik dvi iš šių medžiagų naudojamos pramonėje.

Nepaisant gana paprastos junginių struktūros, visų žinomų skaidriųjų laidininkų paruošimas reikalauja didelio kruopštumo. Ypač sunku pasiekti optimalų optinio skaidrumo ir elektrinio laidumo balansą. Žinoma, yra ir kitokių šių junginių trūkumų. Dėl smarkiai išaugusio poreikio kai kurie oksidai tapo brangūs. Pavyzdžiui, indžio kaina per ketverius metus nuo 2002 iki 2006 m. išaugo dešimteriopai. Be to, indis ir kadmis yra labai nuodingi.

Su finansine Nacionalinio mokslo fondo bei Amerikos chemijos bendrijos Naftos tyrimo fondo parama J. Medvedeva tikisi sukurti naujas skaidriųjų laidininkų medžiagas, kurios būtų veiksmingesnės, lengviau gaminamos, pigesnės ir nekenksmingos aplinkai. Mokslininkės pirminiai tyrimų rezultatai rodo, jog tinkamai paruošus kalcio, aliuminio ar silicio oksidus (gausiausiai Žemės plutoje sutinkamas medžiagas), šie gali tapti elektriškai laidūs, neprarasdami gerųjų optinių savybių. Jau atliekami tolesni šių medžiagų tyrimai.

J. Medvedeva savo skaičiavimus atlieka superkompiuteriais, esančiais Nacionaliame energijos tyrimų mokslinių skaičiavimų centre.

Komentarai (1)