Ένα νέο εργαλείο λογισμικού μπορεί να επιταχύνει την έρευνα της επιστήμης των υλικών περιορίζοντας την κουραστική έρευνα για τις ιδιότητες των υλικών. Οι ερευνητές των Εθνικών Εργαστηρίων Penn State και Sandia έκαναν το ντεμπούτο τους στο propSym, ένα λογισμικό ανοιχτού κώδικα στην πλατφόρμα προγραμματισμού MATLAB, για τον υπολογισμό των θεμελιωδών σταθερών που απαιτούνται για την περιγραφή των φυσικών ιδιοτήτων των στερεών, όπως τα μέταλλα, τα κεραμικά ή τα σύνθετα υλικά.

Οι ερευνητές εισάγουν τα φυσικά χαρακτηριστικά και τη δομή ενός υλικού και το πρόγραμμα παράγει τις θεμελιώδεις σταθερές ιδιοτήτων του—βασικές αξίες που χρειάζονται οι ερευνητές για να μοντελοποιήσουν διάφορα υλικά.

«Μερικά φυσικά μοντέλα περιέχουν εκατοντάδες ή χιλιάδες περιττά εξαρτήματα, τα οποία μπορούν να κάνουν το μοντέλο συντριπτικό», είπε ο Anubhav Roy, διδακτορικός φοιτητής στην επιστήμη της μηχανικής και μηχανική στο Penn State College of Engineering και πρώτος συγγραφέας της εργασίας. “Το πρόγραμμα είναι σε θέση να μειώσει σημαντικά τον αριθμό των συστατικών για οποιαδήποτε φυσική ιδιότητα που συνδέεται με στερεά με εγγενή κρυσταλλική συμμετρία.”

Οι ερευνητές ανέπτυξαν το propSym, οι λεπτομέρειες του οποίου δημοσιεύτηκαν στο Journal of Applied Crystallography, αφού δεν μπόρεσαν να βρουν αξιόπιστες πληροφορίες για τον λαγκασίτη – ένα υλικό που χρησιμοποιείται σε συσκευές ανίχνευσης και συλλογής ενέργειας – σε μια ξεχωριστή κοινή μελέτη με τα Εθνικά Εργαστήρια Sandia.

«Παραδοσιακά, οι σχέσεις μεταξύ θεμελιώδεις σταθερές Και οι συμμετρίες υλικών βρίσκονται μόνο σε παραρτήματα σχολικών βιβλίων ή πίνακες σε άρθρα περιοδικών», δήλωσε ο Christopher Kube, επίκουρος καθηγητής μηχανικής επιστήμης και μηχανικής στο Penn State, ο οποίος ηγήθηκε του έργου. «Μετά από ενδελεχή αναζήτηση, δεν μπορέσαμε να βρούμε αναφορά δεδομένα για πολλά μη γραμμικά ιδιότητες υλικού για τον λαγκασίτη. Όταν τα δεδομένα ήταν διαθέσιμα, εντοπίσαμε περιπτώσεις τυπογραφικών σφαλμάτων και ασυνεπειών μεταξύ των παραπομπών. Τα λανθασμένα δεδομένα εισαγωγής θα καταστρέψουν το α μοντέλο.”

Ο Kube και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν το propSym για να προσδιορίσουν τις ιδιότητες του λαγκασίτη, όπως η ελαστικότητα και η ικανότητα συσσώρευσης ηλεκτρικού φορτίου. Αλλά ο Kube τόνισε ότι το πρόγραμμα δεν περιορίζεται μόνο σε αυτές τις δύο ιδιότητες.

“Το λογισμικό είναι προσαρμόσιμο σε σχεδόν οποιαδήποτε φυσική ιδιότητα ενδιαφέροντος· οι δυνατότητες είναι πραγματικά ατελείωτες”, είπε ο Kube. “Τελικά, ελπίζω ότι το propSym βοηθά στη μείωση του φραγμού εισόδου για την αναλυτική μοντελοποίηση περίπλοκης φυσικής συμπεριφοράς. Πολλά σύγχρονα προβλήματα στις επιστήμες συχνά θεωρούνται πολύ δύσκολα για αναλυτικά μοντέλα χωρίς σοβαρή εξέταση μιας αναλυτικής προσέγγισης.”

Το PropSym είναι ανοιχτή πηγή και διαθέσιμο για λήψη για οποιονδήποτε έχει MATLAB. Οι Darren Branch και Daniel Spencer, επιστήμονες από τα Sandia National Labs, συνέβαλαν σε αυτήν την έρευνα.