به گزارش ثریا - تیمی از محققان دانشگاه رور بوخوم (Ruhr-Universität Bochum) روش جدیدی ارائه کردهاند که بار اتمی در چارچوبهای آلی فلزی (Metal-Organic Frameworks؛ MOF) را تنها با استفاده از اتصال پیوندی اتمها پیشبینی میکند. این رویکرد توپولوژیک، به جای وابستگی به هندسه سهبعدی، مسیرهای کوتاه بین اتمها در گراف پیوندها را ملاک قرار میدهد و شبیهسازیهای گسترده و پردازشهای کامپیوتری در اسکرینینگ مواد را عملی میکند.
چارچوبهای آلی فلزی، شبکههایی متشکل از گرههای فلزی متصل به مولکولهای آلی هستند که بهواسطه کنترل اندازه و شیمی سطح منافذ، برای کاربردهایی مانند جذب دیاکسید کربن، ذخیره هیدروژن، دارورسانی هدفمند و جداسازی ایزوتوپها ایدهآلاند. با وجود هزاران MOF متفاوت سنتز شده، آزمایش همه آنها در آزمایشگاه غیرممکن است و روشهای محاسباتی با استفاده از میدانهای نیرویی (Force Fields) نقش کلیدی ایفا میکنند.
یکی از ورودیهای حیاتی برای این شبیهسازیها، بار اتمی جزئی است؛ بار مثبت یا منفی کوچک هر اتم که رفتار الکترواستاتیکی و تعامل با مولکولهای مهم مثل CO₂ یا متان را تعیین میکند. روشهای معمول نیازمند محاسبات کوانتومی پرهزینه برای هر MOF هستند و با افزایش تعداد نمونهها، غیرقابل مدیریت میشوند.
TopoQEq: جایگزینی هندسه با توپولوژی
روش جدید با نام Topological Charge Equilibration (TopoQEq)، فاصلههای فضایی واقعی را با فاصلههای توپولوژیک جایگزین میکند؛ فاصلههایی که طول مسیر کوتاهترین مسیر پیوندی بین اتمها را میسنجند. چون اتصال پیوندی هنگام ارتعاش یا انعطاف چارچوب تغییر نمیکند، بارهای پیشبینیشده مستقل از هندسه خواهند بود.
در این رویکرد، اتمها بهعنوان رئوس و پیوندها بهعنوان یالهای یک گراف تعریف میشوند. هر یال وزن خاص خود را بر اساس شعاع کووالانسی اتمها میگیرد و با الگوریتم مسیر کوتاهترین مسیر، فاصله توپولوژیک بین هر جفت اتم محاسبه میشود. این فاصلهها سپس در معادلات QEq کلاسیک جایگزین میشوند تا بارهای اتمی حاصل، بدون نیاز به اصلاح دستی، جمع کل صفر را حفظ کنند.
برای افزایش انتقالپذیری مدل بین MOFهای مختلف، سه سطح دستهبندی اتمها تعریف شده است:
etypes: تفکیک تنها بر اساس عنصر
ctypes: اضافه کردن تعداد همسایگان هر اتم
atypes: رمزگذاری هویت شیمیایی همسایگان برای بیشترین جزئیات
هر نوع اتم سه پارامتر قابل تنظیم دارد: پهنای توزیع بار، مقدار الکترونگاتیویته و اصلاح سختی. بهینهسازی پارامترها با استفاده از الگوریتم CMA-ES و دادههای مرجع بیش از ۲۰,۰۰۰ MOF در پایگاه QMOF انجام شد.
نتایج و کاربردها
مدل TopoQEq با جزئیات بیشتر اتمها، دقت بالاتری نشان داد؛ مدل atypes میانگین خطای ۰٫۰۱۹ بار الکترونیکی و حداکثر خطای ۰٫۳۵ بار داشت. بارهای پیشبینیشده جمع صفر را حفظ کردند و حساسیت مدل به تغییرات محیط شیمیایی (مثلاً جایگزینی هیدروژن با کلر) بهخوبی ثبت شد.
عملکرد محاسباتی نیز مطلوب است: زمان پیشبینی تقریباً با اندازه سیستم به توان ۲.۱۹ مقیاس میشود و برای سیستمهای بزرگتر از ۱۰,۰۰۰ اتم، نسخه پراکنده مدل با برش فاصلههای بلندمدت به حافظه کمتر و سرعت بیشتر دست مییابد.
برخلاف رویکردهای یادگیری ماشینی پیچیده مانند شبکههای عصبی گراف یا درخت تصمیم، TopoQEq بر پایه معادلات خطی کلاسیک است که هزینه محاسباتی پایین و مقیاسپذیری مطلوب را برای اسکرینینگ با حجم بالا و مدلسازی نانوبلورهای بزرگ فراهم میکند.
اهمیت
به نقل از ستاد نانو، TopoQEq امکان تولید بارهای اتمی مستقل از هندسه و تطبیقپذیر با محیط شیمیایی را فراهم میکند و گلوگاه اصلی در خودکارسازی تولید میدانهای نیرویی ویژه سیستم را از بین میبرد. این دستاورد راه را برای تحقیقات پرشتاب در طراحی MOFها و سایر مواد متخلخل هموار میکند.
منبع : فناوری نانو
جان مالکوویچ در ونیز تشویق شد؛ هجوم «اسب وحشی نهم» به اسکار
دانشمندی که جواب سوالهایش را از آسمان میخواست
ادامه حاشیههای «آرش» و نوید؛ کیت بلانشت «الکترا» شد
کلونی در جشنواره فیلم ونیز درخشید و با شیر طلا به ترامپ تاخت
جدال دوباره ساترا و ارشاد؛ «داش آکل» وارد میشود
موشک ایرانی موضوع نخستین شماره کتابمجله "آورد"
فراخوانی برای جمع آوری «ایدههای برتر قرآنی»
موانع استجابت دعا چیست؟ طلب مغفرت برای کافران مستجاب نمیشود
مدیر اسلامی با مهندسی انسجام، سلایق را به وحدت عمل در میآورد
تصویری از نماز بر پیکر شهدای عروسی کوهستک سیریک
خوانش هجرتی تاریخی توسط یک زن در سپهر فرهنگی ایران
آغاز ثبت نام دهمین دوره تخصصی صحیفه سجادیه
مداحان کشور برای نوجوانان کلاس مداحی برگزار میکنند
هنر صاحب جواهر ایستادن میان قالب نص و روح تشریع در فقاهت بود
منشور کوروش بدون حتی یک رای مخالف و اصلاحیه در یونسکو ثبت شد
ورود هوش مصنوعی به موضوعات قرآنی و پژوهشهای حدیثی و دینی
پایبندی پل شریدر به هوش مصنوعی؛ فیلم بعدی با AI ساخته میشود
یوسف حاتمی کیا: ۶سال گفتند این فیلم مصلحت نیست؛ مردمی که از غم نان با جان قمار میکنند
واکاوی رابطه هنر و سرمایه در ریبون
دلاور تنگستانی که حماسه بی پایان غیرت در خلیج فارس را زنده کرد
تابآوری کودکان در جنگ را با داستان افزایش دهیم
برگزاری بزرگداشت ابوریحان بیرونی از سوی فلاسفه و اساتید
از نگاه امیرالمومنین(ع) راه مهار طمع انسان به قدرت و ثروت چگونه است؟
برگزاری آزمونهای تافل و GRE رسماً در ایران متوقف شد
اعلام جزئیات مرحله شفاهی آزمونهای دانشنامه تخصصی و فوق تخصصی پزشکی
ایران پرچمدار المپیاد فناوری نانو در سطح جهانی
محکومیت اقدام غیرقانونی آمریکا علیه متقاضیان آزمونهای بینالمللی
ارزش از کدنویسی به فهم مسئله منتقل میشود
ثبت نام آزمون پذیرش پزشکی از لیسانس ۱۴۰۵ آغاز شد/ اعلام جزئیات آزمون
واکنش وزیر علوم به تحریمهای علمی آمریکا
مهلت انتخاب رشته آزمون کارشناسیارشد سال ۱۴۰۵ تمدید شد
ویژه برنامههای هفته وحدت در تجمعات شبانه
افتتاح دفاتر مشاوره وقف در سراسر کشور
برگزاری رویداد رحمه للعالمین در باغ کتاب
دانشجویان خارجی جشنواره هنر و رسانه عهد همزیستی را برگزار میکنند
وقف بر پایه ایثار، نوعدوستی و دوراندیشی استوار است
آغاز انتخاب رشته داوطلبان آزمون کارشناسی ارشد سال ۱۴۰۵ دانشگاه آزاد
شرکت های فناوری خواستار افزایش دفاع سایبری در مقابل حملات هوش مصنوعی
نوار نانویی ۳ داروی مسکن را در کمتر از ۲ ثانیه آزاد میکند
قدرتمندترین موشک اروپا به پرواز درآمد
تاکید علمای مسلمان بر عملی کردن وحدت و ایستادگی در مقابل دشمن مشترک
نزاع حجاب، از ابتدا نزاع بر سر قدرت زن بود
البرز زیر بار کمبود مدرسه؛ مهاجرت چالش بزرگ مدارس البرز
توانمند سازی و گذار از الفبا رویکرد جدید سواد آموزی استان سمنان
جزئیات بورسیه تحصیلی صنعت و مشاغل در پذیرش کارشناسی ارشد ۱۴۰۵
غرامت ۱۸ میلیارد دلاری متا برای فرار از شکایت ایالتهای آمریکا
واکنش دانشگاه صنعتی خواجه نصیر به کناره گیری رئیس آن
نفوذ هکرهای چینی به ناسا و سنای آمریکا ردیابی شد
موبایلهای آینده چگونه تغییر میکنند؟
از خیالپردازی سرامیک تاشاعرانگی کاغذ در ماه هنر؛ تکثرِ بودن در پایتخت
محمد اصفهانی در دومین شب از «روایت رحمت» روی صحنه میرود
در طبیعت چه خبر است؟ یک مجموعه خواندنی برای کودکان
پرچم ایران روایتی از خون، باور، ایستادگی و تمنای رسیدن
تاکید بر نقش هنرستانها در مقابله با چالشهای جنگ اقتصادی
کاظمی: دشمن تلاش میکند تا دولتها را از صف مردم جدا کند
امین و مهدیه احمدزاده؛ خواهر و برادر شهید مینابی
پذیرش برگزیدگان المپیادهای جغرافیا و علوم زمین بدون کنکور ابلاغ شد
نتایج آزمون صلاحیت گروه پرستاری سال ۱۴۰۵ اعلام شد
جزئیات آزمون مرحله انفرادی هجدهمین المپیاد علمی دانشجویان علوم پزشکی
دفترچه انتخاب رشته آزمون کارشناسیارشد سال ۱۴۰۵ منتشر شد
آغاز انتخاب رشته داوطلبان مجاز آزمون کارشناسیارشد سال ۱۴۰۵ از امروز
سینمای زیرزمینی ایران بررسی شد؛ از بحران بازنمایی تا اقتصاد نامرئی
روایت دبیر انجمن سرود کانون پرورش فکری از برگزاری یک جشنواره ملی
«حبیبی یا نبی»؛ نغمهای برای پیامبر رحمت
ریدلی اسکات با «ستاره های سگی» بدترین فیلمش را ساخت
«کوری» از پروندههای قضایی تا ممیزی؛ این سریال مروج مشروبات الکلی است؟
رازهایی که در یک کشو پنهان است؛ چه کسی دستخط قاتل را تقلید کرد؟
برای پویایی صنف باید صدای جوانها را جدی گرفت؛ سکوت معنا دارد
نسخه ویژه نابینایان «روزی روزگاری» منتشر میشود
وقتی مستند، حافظه میراث ملی را بیدار میکند
ایرانیخوانی نمایشنامه «تاجماه» برگزار شد
«رویای نیمه شب» و ضرورت ساخت آثار تلویزیونی با موضوع مهدویت
وقف رقیب اقتصاد کشور نیست
بیستمین آزمون سراسری قرآن پس از وقفه ای طولانی برگزار میشود
دانشمندی که هنوز رازهایش کشف نشده است؛ کیمیای رازی در تاریخ علم
تجلیل از ۴۵ چهره شاخص در اولین دوره جایزه جهانی دیپلماسی فرهنگی
تاسیس ۱۳ مؤسسه جدید فرهنگی قرآن و عترت
برگزاری آزمون بخش معارفی چهل و نهمین دوره مسابقات سراسری قرآن اوقاف
شرقشناسی بدون ایرانشناسی، امکان یا امتناع؟
متن نوبتدهی آرایشگاه برای عید؛ نمونههایی برای جذب مخاطب
ثبت نام آزمون پذیرش پزشکی از لیسانس ۱۴۰۵ آغاز شد/ اعلام جزئیات آزمون
محکومیت اقدام غیرقانونی آمریکا علیه متقاضیان آزمونهای بینالمللی
واکنش وزیر علوم به تحریمهای علمی آمریکا
مهلت انتخاب رشته آزمون کارشناسیارشد سال ۱۴۰۵ تمدید شد
اعلام جزئیات مرحله شفاهی آزمونهای دانشنامه تخصصی و فوق تخصصی پزشکی
ایران پرچمدار المپیاد فناوری نانو در سطح جهانی
برگزاری آزمونهای تافل و GRE رسماً در ایران متوقف شد
برگزاری بزرگداشت ابوریحان بیرونی از سوی فلاسفه و اساتید
ارزش از کدنویسی به فهم مسئله منتقل میشود
از نگاه امیرالمومنین(ع) راه مهار طمع انسان به قدرت و ثروت چگونه است؟
تابآوری کودکان در جنگ را با داستان افزایش دهیم
دلاور تنگستانی که حماسه بی پایان غیرت در خلیج فارس را زنده کرد
یوسف حاتمی کیا: ۶سال گفتند این فیلم مصلحت نیست؛ مردمی که از غم نان با جان قمار میکنند
منشور کوروش بدون حتی یک رای مخالف و اصلاحیه در یونسکو ثبت شد
آغاز ثبت نام دهمین دوره تخصصی صحیفه سجادیه
خوانش هجرتی تاریخی توسط یک زن در سپهر فرهنگی ایران
هنر صاحب جواهر ایستادن میان قالب نص و روح تشریع در فقاهت بود
واکاوی رابطه هنر و سرمایه در ریبون
ورود هوش مصنوعی به موضوعات قرآنی و پژوهشهای حدیثی و دینی
پایبندی پل شریدر به هوش مصنوعی؛ فیلم بعدی با AI ساخته میشود
مداحان کشور برای نوجوانان کلاس مداحی برگزار میکنند
جدال دوباره ساترا و ارشاد؛ «داش آکل» وارد میشود
دانشمندی که جواب سوالهایش را از آسمان میخواست
مدیر اسلامی با مهندسی انسجام، سلایق را به وحدت عمل در میآورد
فراخوانی برای جمع آوری «ایدههای برتر قرآنی»
کلونی در جشنواره فیلم ونیز درخشید و با شیر طلا به ترامپ تاخت
ادامه حاشیههای «آرش» و نوید؛ کیت بلانشت «الکترا» شد
موانع استجابت دعا چیست؟ طلب مغفرت برای کافران مستجاب نمیشود
تصویری از نماز بر پیکر شهدای عروسی کوهستک سیریک
موشک ایرانی موضوع نخستین شماره کتابمجله "آورد"
نظراتی که حاوی توهین یا افترا به اشخاص ،قومیت ها ،عقاید دیگران باشد و یا با قوانین کشور وآموزه های دینی مغایرت داشته باشد منتشر نخواهد شد - لطفاً نظرات خود را با حروف فارسی تایپ کنید.