АВТОР: Эрин Пратер Стаффорд

Newswise — ДАЛЛАС (SMU) – Что именно происходит на крошечном уровне, в котором существуют и взаимодействуют отдельные атомы? Химик SMU Эльфи Крака и ее коллеги работают над разработкой вычислительного инструмента, призванного дать ответы на эту загадку.

Математические функции, используемые для расчета потенциальной энергии системы атомов, называются межатомными потенциалами. Межатомные потенциалы машинного обучения (MLIP) стали эффективной и менее дорогой альтернативой традиционному квантово-химическому моделированию, которое даже на современных высокопроизводительных вычислениях часто становится недоступным для более крупных систем. В своих поисках исследователи разработали новый MLIP, названный ANI-1xnr, который применим к широкому спектру реактивной химии без необходимости дорогостоящего переоснащения, что является основным недостатком MLIP, используемых в настоящее время. Их выводы опубликованы в журнале. Природная химия .

«Понимание взаимодействий на атомном уровне может помочь нам в заботе о нашей планете, повлиять на то, как лекарства взаимодействуют с человеческим организмом, и даже позволит нам исследовать органические материалы, пришедшие на Землю благодаря кометам и астероидам, или моделировать химические реакции, происходящие вдалеке. в космосе, включая звездную пыль или межзвездные зерна», — сказал Крака.

Крака и ее коллеги проверили свой новый потенциал ANI-1xnr, моделируя пять различных систем в экстремальных условиях: твердофазное зародышеобразование углерода, образование графенового кольца из ацетилена, добавки к биотопливу, горение метана и самопроизвольное образование глицина из ранней Земли. малые молекулы (знаменитый эксперимент Миллера), все пять из которых близко соответствуют имеющимся экспериментальным или теоретическим данным.

В 1959 году Миллер провел эксперимент, применив электричество к смеси простых молекул, таких как аммиак, окись углерода, вода, водород и метан, и выяснил, как образуются аминокислоты, важные строительные блоки жизни. Его эксперимент создал новую область исследований под названием пребиотическая химия, целью которой является понимание химических процессов и реакций, происходивших на Земле до появления жизни. С тех пор ученые обращались к эксперименту Миллера, чтобы понять конкретные реакции, которые приводят к образованию аминокислот в условиях ранней Земли.

Набор данных ANI-1xnr теперь доступен публично для исследовательского использования. Авторы намерены со временем расширять и дополнительно обучать ANI-1xnr, где Крака особенно заинтересована в изучении образования аминокислот и предшественников ДНК из небольших молекул во внеземных условиях, что является одним из ее недавних исследовательских интересов.

Крака — глава С вычислительный А nd Т теоретический С химия гро вверх (CATCO) в СМУ. Исследовательская миссия CATCO заключается в разработке современных квантово-химических инструментов и применении этих инструментов для решения нерешенных проблем в химии, биологии, материаловедении, астрофизике и за ее пределами. CATCO — одна из крупных групп пользователей высокопроизводительного вычислительного кластера SMU. Малгожата Макос, еще один автор статьи, является выпускницей CATCO, проходила стажировку в Национальной лаборатории Лос-Аламоса, а сейчас работает в Национальной лаборатории Ок-Ридж в Теннесси.

Среди других авторов: Шухао Чжан, Университет Карнеги-Меллона и Национальная лаборатория Лос-Аламоса; Райан Джадрич, Киптон Баррос, Бенджамин Т. Небген, Сергей Третьяк, Николас Любберс и Ричард Мессерли из Лос-Аламосской национальной лаборатории; Александр Исаев из Университета Карнеги-Меллон и Джастин Смит из Лос-Аламосской национальной лаборатории и NVIDIA Corp.

Финансирование компонента CATCO исследования было предоставлено Национальным научным фондом (грант CHE 2102461). Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда.

###

СМУ — это глобальный исследовательский университет национального уровня, расположенный в динамичном городе Даллас. Выпускники, преподаватели и более 12 000 студентов SMU в восьми школах, присуждающих ученые степени, демонстрируют предпринимательский дух, возглавляя изменения в своих профессиях, сообществах и мире.