由利物浦大学的研究人员开发的数学算法可能标志着设计满足零净排放和可持续未来挑战所需新材料的进一步突破。

利物浦大学的最新研究可能为追求设计新材料迈出一大步，以应对零排放和可持续未来的挑战。

在《自然》杂志上发表的文章中，利物浦的研究人员表明，一种数学算法可以保证在仅基于构成其材料的原子知识的情况下，预测任何材料的结构。

由利物浦大学的化学和计算机科学系的跨学科研究团队开发，该算法以系统化的方式同时评估整套可能的结构，而不是逐个考虑，以加速正确解的确定。

这一突破使得能够辨识那些可以制造出来，并且在许多情况下，可以预测它们的性质的材料。这种新方法是在潜在能够比经典计算机更快地解决许多问题的量子计算机上进行示范的，因此可以进一步加快计算速度。

我们的生活方式依赖于材料——“万物皆有所构成”。为了应对零排放的挑战，我们需要新材料，从电池和吸收太阳能的材料用于清洁能源，到提供低能耗计算以及制造可持续未来所需的清洁聚合物和化学品的催化剂。

由于原子可以以无数种方式结合形成材料，并且尤其是可以形成许多不同的结构，所以这项搜索变得缓慢而困难。此外，具有变革性质的材料很可能具有与今天已知的不同结构，而预测一个没有任何已知信息的结构则是一个巨大的科学挑战。

利物浦大学化学系和材料创新工厂的马特·罗森斯基教授表示：“能够准确预测晶体结构，现在为我们提供了机会，可以从整个化学空间中确定哪些材料可以被合成，并且它们将采用什么样的结构，这第一次让我们有能力为未来技术定义平台。”

借助这一新工具，我们将能够定义如何使用那些广泛可得的化学元素，并开始创造出能够取代基于稀缺或有毒元素的材料，以及发现那些能够超越我们目前依赖的材料，并应对可持续社会面临的未来挑战。

保罗·斯皮拉基斯教授来自该大学的计算机科学系，他表示：“我们成功地提供了一种晶体结构预测的通用算法，可以应用于各种结构。将局部极小化与整数规划相结合，使我们能够在连续空间中使用强优化方法来探索未知的原子位置。”

我们的目标是在探索和运用更多算法思想的美好冒险中，发现新的有用材料。化学家和计算机科学家的共同努力是取得这一成功的关键。

《晶体结构预测的最优性保证》一文于7月5日发表在《自然》杂志上。