当预测分子的电导率时,更少。

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电话和设备变得越小越智能,建立更小电路的需求就越大。20世纪70年代的科学家们认为,电路可以用分子而不是电线来建造,而在过去的几十年里,技术已经成为现实。

图片:UChigaGrad学生Manas Sajjan,左,和David Mazziotti教授,持有一个模型,描绘了一个分子,他们测试了一个更好的预测电导率的方法。(图片:让拉查特/芝加哥大学)

麻烦的是,一些分子具有特别复杂的相互作用,这使得很难预测哪种分子可能很适合用作微型电路。但是两位芝加哥大学化学家的一篇新论文提出了一种创新的方法,它通过计算电子对之间的相互作用并将其推算到分子的其余部分来降低计算成本并提高准确度。

“目前的模型倾向于过度预测电导,但我们的理论比传统模型高出一到两个数量级,”David Mazziotti教授说。他曾在《通信化学》(《电流受限密度矩阵理论》)上发表文章,计算分子。R电导率增加精度“”。

从更好的计算机芯片和电池到更环保的生产化学品的方法都依赖于发现新的化学物质和材料,科学家们越来越希望计算机能够更有效地搜索新的组合。他们不是一个接一个地尝试排列,而是可以运行预测最佳选项的模型。

但这是一个微妙的艺术,因为在许多情况下,这些计算会消耗惊人的计算时间。在许多相互作用的电子分子中,“你可以很快地结束,随着分子大小的增加,计算尺寸呈指数增长,”Mazziotti说。

Mazziotti和研究生Manas Sajjan着手简化,建立了一种预测分子传导率的方法,该方法利用两个电子之间的相互作用来表示所有的相互作用。举一个例子,对于一个特定的分子,传统的方法可能需要用1024个变量来计算,而我们的则有109个变量——一个减少了无数个变量的变量,“Sajjan说。这就是你需要一台超级计算机和一台笔记本电脑所能解决的问题的区别。

这种选择允许一种不寻常但强大的方法。现有的分子电导率理论指派了一组施加在分子上的电压来预测电流的数目,然后电流可以流过它。SajJun和Mazziotti颠倒了这个范式。他们先固定电流,然后计算电压。结果更为准确:当他们用一个众所周知的分子检查他们的方法时,他们发现它比传统方法的效率高一到两个数量级。

“重要的是它非常严谨。Mazziotti说,即使传导,仍然有一对一的映射与多个电子系统。确保双电子系统仍然代表多个电子系统的过程是一个很有挑战性的问题,已经存在了50年,但他说值得努力。

他说:“人们试图解决的几乎所有的大问题都涉及到用传统方法难以探索的材料。”如果我们能更好地预测电导率,我们可以更有效地设计更好的分子和材料。

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