НИЛ "Информационные технологии в физическом материаловедении"

Миссия:

• генерация прикладных и фундаментальных знаний;
• разработка методологии компьютерного дизайна материалов и исследования физических свойств материалов;
• подготовка кадров высшей квалификации для науки, образования и индустрии высоких технологий.

Цель деятельности НИЛ, решаемые задачи, связь с основными приоритетными международными направлениями фундаментальных и прикладных исследований

Цель НИЛ – разработка методологии конструирования материалов и оценка их физико-механических свойств на основе атомарно-молекулярного моделирования и методов машинного обучения.

Задачи НИЛ:

1. Разработка методологии по дизайну материалов, предполагающей использование оригинальных методов конструирования потенциалов на основе реверсивных алгоритмов и алгоритмов машинного обучения (нейронные сети, генетические алгоритмы) в сочетании с методами квантово-химического моделирования. Разработанная методология должна обеспечить возможность конструирования материалов с заданными (требуемыми) физико-механическими свойствами.
2. Разработка методологии по исследованию физико-механических свойств материалов в рамках равновесного и неравновесного атомарно-молекулярного моделирования. Основу методологии должны составить методы кластерного и структурного анализа; комплекс методов по количественной оценке структурных, динамических, транспортных, механических, реологических свойств; оригинальный метод количественной оценки свободной энергии системы; оригинальный комплексный подход к расчету скоростных характеристик структурно-фазовых трансформаций. Должны быть использованы современные наработки и приемы квантовой химии, хемоинформатики, статистической физики и термодинамики.
3. Демонстрация результативности развитого подхода применительно к конструированию и оценке физико-механических свойств некоторых неметаллических материалов, которые могут иметь уникальные физические свойства и потенциально быть применимы в аэрокосмической отрасли. Должны быть рассмотрены (1) аморфные неметаллические материалы, (2) материалы со специфической морфологией и структурой (пористые материалы, пленки и т.д.), (3) материалы на основе углерода и кремния, в том числе, кремнеземный аэрогель, стеклоуглерод, карбид и нитрид кремния, углерод-углеродные и керамоматричные соединения, углеродные волокна, стекловолокна. Должна быть выполнена оценка физико-механических свойств некоторых из вышеперечисленных систем при экстремальных условиях (высоких давлениях и температурах, специфических механических нагрузках).

Связь с приоритетными международными направлениями фундаментальных и прикладных исследований, приоритетными направлениями:

Деятельность НИЛ связана с реализацией приоритетного направления: переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта.

Наименование разрабатываемой технологии: методология конструирования материалов и оценки их физико-механических свойств на основе атомарно-молекулярного моделирования и методов машинного обучения.

Научная деятельность:

1. Разработка численных алгоритмов для количественной оценки кинетических факторов скорости кристаллизации аморфных металлических систем на основе данных моделирования молекулярной динамики. Выполнение уникальных расчетов, направленных на оценку частоты перехода атомов из кристаллической в родительскую жидкой/аморфную фазу.
2. Выполнение молекулярно-динамических расчетов и исследование механизмов структурно-фазовых трансформаций в бинарных металлических сплавах, испытывающих экстремальные давления и температуры. Расчеты будут выполнены на примере Ni-содержащих бинарных сплавов, обладающих выраженной аморфообразующей способностью.
3. Развитие методов создания пористой структуры и конструирования пористых металлических систем с заданными физико-механическими свойствами. Разработка оригинальных алгоритмов моделирования пористой структуры в бинарных металлических сплавах, обладающих выраженной биосовместимостью и эффектом памяти формы.
4. Проведение молекулярно-динамических расчетов переохлажденных никельсодержащих бинарных и тернарных металлических расплавов, включая области равновесной жидкости и аморфного сплава. Выявление специфики ближнего икосаэдрического порядка в никельсодержащих бинарных и тернарных металлических расплавах. Численная проверка теории вязкоупругих свойств атермических аморфных тел с внутренними напряжениями (теория Алессио Законе).
5. Разработка самосогласованной релаксационной теории коллективной динамики сильно неидеальной классической однокомпонентной плазмы Юкавы в режимах сильной экранировки и в кулоновском пределе. Будет дано теоретическое описание спектральных плотностей временных корреляционных функций продольных и поперечных потоков, а также дисперсионных характеристик исследуемых систем.
6. Разработка теоретических методов – формализма функций памяти и фликкер-шумовой спектроскопии для анализа автокорреляций и эффектов статистической памяти во временной динамике сложных физических и нефизических систем.
7. Исследование перекрестных корреляций и эффектов синхронизации в одновременно фиксируемых биомедицинских статистических данных.