Предложенный подход объединяет расчетные алгоритмы, оптическую и сканирующую электронную микроскопию, а также рентгеноструктурные дифракционные исследования с оригинальным способом фиксации образцов. Разработка позволит перейти от случайного перебора соединений к прогнозируемому созданию долговечных компонентов для мягкой робототехники, чувствительных сенсорных систем и фармацевтической отрасли.
Гибкие органические кристаллы способны деформироваться при механическом воздействии без разрушения кристаллической решетки, опровергая представление о хрупкости подобных структур. Подобное свойство обнаружено менее чем у 0,01% изученных соединений. До сих пор массовое применение таких материалов сдерживалось невозможностью заранее рассчитать параметры их деформации без точных данных о трехмерной структуре и пространственном расположении граней. Сбор предварительных сведений из разных источников формирует систему опорных точек для последующих измерений на монокристальных дифрактометрах.
«Нам нужна выборка из многих систем, где точно известно, гнется кристалл или нет, и если гнется — то по каким граням. Только собрав такие данные, мы сможем построить предсказательную модель и на ее основе проектировать новые кристаллы с нужными свойствами — пластической или упругой деформацией», – пояснил Денис Рычков, старший научный сотрудник ЦКП «СКИФ» и ИХТТМ СО РАН.
Но при проведении экспериментов на лабораторном дифрактометре ученые столкнулись с тем, что точно определить грани кристалла проблематично из-за его склонности к деформации и особенностей роста. Проанализировав литературу, они выяснили, что с той же проблемой сталкиваются все мировые научные группы, которые исследуют подобные объекты. Тогда в Новосибирске разработали и описали общий подход для достоверного определения геометрии кристаллов, что позволит в перспективе создать надежную предсказательную модель и программировать свойства новых материалов еще на этапе синтеза
Формирование единой базы геометрических параметров кристаллов также обеспечит массивы качественных данных для обучения нейросетей. После ввода в эксплуатацию синхротрона СКИФ исследования продолжатся на станциях «Структурная диагностика» и «Микрофокус» с привлечением мощностей Центра обработки данных.
На фото: микрофотография изогнутого кристалла, сделанная авторами исследования