Investigadores de la Universidad Aalto y la Universidad de Cambridge han logrado un avance significativo en la ciencia computacional al combinar el modelado a nivel atómico y el aprendizaje automático. Por primera vez, El método se ha utilizado para modelar de manera realista cómo se forma un material amorfo a nivel atómico:es decir, un material que no tiene una estructura cristalina regular. Se espera que el enfoque tenga un impacto en la investigación de muchos otros materiales.

"El secreto de nuestro éxito es el aprendizaje automático, a través del cual podemos modelar el comportamiento de miles de átomos durante largos períodos de tiempo. De este modo, hemos obtenido un modelo más preciso, ”explica el Investigador Postdoctoral Miguel Caro.

Las simulaciones del equipo revelan que una película de carbono similar a un diamante se forma a nivel atómico de una manera diferente de lo que se pensaba. La comprensión prevaleciente durante los últimos 30 años del mecanismo de formación de la película de carbono amorfo se ha basado en suposiciones y resultados experimentales indirectos. Hasta ahora no se ha contado con un modelo a nivel atómico bueno, ni siquiera adecuado. El nuevo método ha anulado ahora los modelos cualitativos anteriores y ha proporcionado una imagen precisa a nivel atómico del mecanismo de formación.

"Más temprano, Se pensaba que las películas de carbono amorfo se formaban cuando los átomos se agrupaban en un área pequeña. Hemos demostrado que las ondas de choque mecánicas pueden causar la formación de átomos similares al diamante más lejos del punto en el que los átomos impactantes golpean el objetivo, informa Caro, que realizó las simulaciones en supercomputadoras CSC (Centro de TI para la ciencia), modelando la deposición de decenas de miles de átomos.

Los resultados abren nuevas e importantes vías para la investigación

Existen innumerables usos diferentes para el carbono amorfo. Se utiliza como revestimiento en muchas aplicaciones mecánicas, como motores de coche, por ejemplo. Además, el material también se puede utilizar con fines médicos y en diversos relacionados con la energía, Aplicaciones biológicas y medioambientales.

"Para nosotros, la aplicación más importante son los biosensores. Hemos utilizado recubrimientos de carbono amorfo muy delgados para identificar diferentes biomoléculas. En estas aplicaciones, es especialmente importante conocer la electricidad de las películas, propiedades químicas y electroquímicas y poder personalizar el material para una aplicación particular, "explica el profesor Tomi Laurila.

Dr. Volker Deringer, becario Leverhulme Early Career Fellow, está particularmente entusiasmado con el uso de estos métodos para materiales amorfos.

"Trabajar en equipo ha sido un gran éxito, "concluyen Deringer y Caro, quienes continúan la colaboración entre sus instituciones a través de visitas continuas. El equipo espera que su enfoque ayude a muchos otros en la investigación de materiales experimentales, porque puede dar información sobre materiales con un nivel de precisión cercano al de los métodos mecánicos cuánticos, pero simultáneamente puede hacer uso de miles de átomos y largos tiempos de simulación. Ambos son extremadamente importantes para obtener una imagen realista de los procesos en los experimentos.

"Estoy especialmente entusiasmado con el tipo de oportunidades que ofrece este método para futuras investigaciones. Este modelo a nivel atómico produce resultados verificablemente correctos que se corresponden excepcionalmente bien con los resultados experimentales, revelando también por primera vez los fenómenos a nivel atómico detrás de los resultados. Usando el modelo, podemos, por ejemplo, predecir qué tipo de superficie de carbono sería mejor para medir los neurotransmisores dopamina y serotonina, "dice Laurila.