作者meblessme (地球太可怕我要回火星)
看板Physics
標題[問題] 人類有能力用電腦模擬找出新材料來嗎
時間Wed Jan 12 14:16:14 2022
請問現在人類是不是已經搞懂元素性質與元素結構的關係甚至方程式了呢？
能不能用電腦模擬夸克與電子在不同環境下會形成什麼不同的元素或化合物
模擬元素面對各種環境下的變化與性質乃至於數值
模擬不同元素間在不同壓力溫度下會形成什麼化合物
以及化合物的各種性質數值呢？
畢竟只要能做到的這個應該相對會容易找出各種新材料了吧！?
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1F：→ fragmentwing: 我是記得以前因為興趣有找到國內有一篇在講用人工智 01/12 15:19
2F：→ fragmentwing: 慧找腐蝕製程的論文 交通大學的 不知道這有沒有合乎 01/12 15:19
3F：→ fragmentwing: 你的需求 01/12 15:19
4F：推 fragmentwing: 你問的層面從原子內到分子間 有點太廣了 01/12 15:22
5F：→ meblessme: 謝謝 01/12 15:22
6F：→ meblessme: 如果能確認原子結構與物理性質的關係那分子性質不也就 01/12 15:24
7F：→ meblessme: 是擴大版圖 01/12 15:24
8F：推 yaowen: 要預測一個材料能否被合成還是很困難 01/12 15:26
9F：→ yaowen: 不過要預測某個材料具有什麼物理性質是有可能的 01/12 15:27
10F：→ yaowen: 例如topological insulator就是先去模擬哪種材料有這性質 01/12 15:30
11F：→ yaowen: 再去用實驗合成 01/12 15:31
12F：→ fragmentwing: 知道你想說的意思 但那樣未免太廢功夫 01/12 20:19
13F：→ meblessme: 很多新材料的問題很多是配比問題 01/12 21:50
14F：→ meblessme: 只要基礎能搞清楚 用電腦來模擬 01/12 21:50
15F：→ meblessme: 應該怎樣都比手動一個一個配比試過去來的快 01/12 21:50
16F：→ meblessme: 還省材料 01/12 21:50
17F：→ wohtp: 孩子，人類（和人類創造的計算器）最不會的就是解方程式了 01/12 22:00
18F：推 NTUohtani: 這不就是Computational condensed matter在做的事嗎 01/12 23:06
19F：→ NTUohtani: 有興趣可以看first priciple和DFT的paper 01/12 23:14
20F：推 fragmentwing: 但你沒必要為了配比問題從夸克開始搞啊XD 你從原子 01/13 10:54
21F：→ fragmentwing: 開始搞都有點過頭了 01/13 10:54
22F：→ fragmentwing: 你這就像是明明有分子動力學 你偏要用個別原子開始 01/13 10:54
23F：→ fragmentwing: 去看空氣的熱膨脹 01/13 10:54
24F：→ fragmentwing: 誠然如果用個別原子能推到整個動力學是很讚 但單純 01/13 10:54
25F：→ fragmentwing: 要推熱膨脹的話直接用動力學就好啦 01/13 10:54
26F：→ meblessme: 或者能不能我們給出一個原子或分子的組成結構 01/13 11:05
27F：→ meblessme: 不經過實際測量 01/13 11:05
28F：→ meblessme: 然後就能直接推算這元素的熔點沸點硬度 01/13 11:05
30F：→ meblessme: 看起來是可以了吧？ 01/13 11:59
31F：推 sunev: 看你的標準在哪裡，簡單而言，提供方向可以，但要利用材料 01/13 13:04
32F：→ sunev: 的特異性賺錢，就還差得遠 01/13 13:04
33F：推 peter308: 老實說 你問的問題很廣 也不太可能有人能回答的了 01/13 15:23
34F：→ peter308: Materials Genome project可以先看看... 01/13 15:24
35F：→ peter308: 高通量計算也可以看看... 就是用第一原理的計算來找各式 01/13 15:26
36F：→ peter308: 各樣的材料...這些材料是科研熱門或有特殊應用價值的 01/13 15:27
37F：→ peter308: 要熟悉這個領域至少需要數十年以上.. 也需要很多跨領域 01/13 15:28
38F：→ peter308: 的背景知識.... 所以 如果你只是個大學生 大概也是需要 01/13 15:28
39F：→ peter308: 很多年累積知識 才能真的解這個領域在幹嘛.. 01/13 15:29
40F：→ meblessme: 我說的大概是一種放進電腦就可以模擬實體宇宙所有可能 01/13 17:33
41F：→ meblessme: 的方程式 01/13 17:33
42F：推 sunev: 思而不學則殆 01/13 17:42
43F：→ leptoneta: 你是不是在找反基因方程式嗎? 01/13 20:03
44F：推 linbryan: 感覺是你把問題定義的很廣.那什麼答案都可以. 01/13 23:36
45F：推 peter308: 先回答你標題的電腦模擬吧 01/13 23:54
46F：→ peter308: 電腦模擬的方法就很多 經驗勢 半古典經驗勢 緊束縛 01/13 23:55
47F：→ peter308: 密度泛函 量子化學方法.... 光是這些要入門就不是一件 01/13 23:56
48F：→ peter308: 簡單的事情了... 光是選擇位能勢 就需要一些實作經驗 01/13 23:58
49F：→ peter308: 這領域老實說 就像工藝...同樣的技術 人家做可以得獎 01/13 23:59
50F：→ peter308: 但沒天分的作 可能就只是能糊口飯吃..這都很細微的差異 01/14 00:00
51F：→ peter308: 然後這領域百分之90%的人也不是在找新材料... 01/14 00:02
52F：→ peter308: 能夠用電腦模擬解釋現有的材料性質就已經夠忙了... 01/14 00:03
53F：→ peter308: 然後材料有分晶體和有線大系統 處理方式也大同小異 01/14 00:04
54F：→ peter308: 光是基組部分 是平面波類型的還是原子軌域基組還是混合? 01/14 00:06
55F：→ peter308: 組合千奇百種 套裝軟體的選擇也有各自的山頭.. 01/14 00:07
56F：→ peter308: 然後再回應標題的"找"新材料上面 又是一個完全不一樣的 01/14 00:09
57F：→ peter308: 領域 光是找這件事情就大有學問 現在都是流行用機器學習 01/14 00:10
58F：→ peter308: 的方法去找 但其實會找的人就是知道怎麼找更有效率.. 01/14 00:11
59F：→ peter308: 也不一定是用類神經網絡 可能會用蒙地卡羅或是基因演算 01/14 00:12
60F：推 peter308: 但如果能夠把上述環節都融會貫通的人 在學術界或業界 01/14 00:14
61F：→ peter308: 也都不怕沒有發揮的地方啦..畢竟還是有需這些技術的市場 01/14 00:16
62F：→ peter308: 的存在.... 01/14 00:16
63F：→ peter308: 推文有個比我更資深的前輩...你也可以多向他請益 01/14 00:18
64F：→ peter308: S開頭的版友 01/14 00:18
65F：→ meblessme: 非常謝謝你好厲害 01/14 00:21
66F：推 peter308: sunev大比我更厲害 我當初也跟他學了很多 01/14 00:22
67F：推 sunev: 被點名了，我只是小咖而已啦，大家互相學習求進步 01/14 00:30
68F：→ recorriendo: 你是不是剛看完最新一集PBS Space Time? 01/14 10:20
70F：→ recorriendo: 宇宙什麼的還是聽聽就好 01/14 10:26
71F：推 jackliao1990: DFT也是有經過簡化的 不然用盡全宇宙的原子也模擬 01/14 20:19
72F：→ jackliao1990: 不出來 01/14 20:19
73F：推 ArchieLeeeee: DFT就是給定原子結構就能硬爆出任何分子的Hamilton 01/15 12:56
74F：→ ArchieLeeeee: 但成功還是要掌握很多零碎的細節 01/15 12:56
75F：→ hank780420: 第一原理計算光是要放入現實材料的缺陷就很困難了 01/16 00:04
76F：→ meblessme: 漢米爾頓是什麼？ 01/16 01:15
77F：推 CardLin: 第一原理是啥？ 01/16 14:15
78F：推 Vulpix: 就是這篇想做的事。或者像是從牛頓定律出發，計算一千顆 01/16 17:47
79F：→ Vulpix: 籃球之間的碰撞，順便連籃球的形變規則也從原子間作用力 01/16 17:47
80F：→ Vulpix: 算出來，而不套用實驗得到的經驗公式。 01/16 17:47
81F：→ meblessme: 仔細想想或許比起原理更像是一種語言 01/17 02:19
82F：→ meblessme: 就像基因一樣 為什麼少少的4種字母組成的每個基因組， 01/17 02:19
83F：→ meblessme: 能組成各種不同的性向 01/17 02:19
84F：→ meblessme: 用在我說的題目上就好像用夸克電子作聲母，四大力作韻 01/17 02:21
85F：→ meblessme: 母 能量級數作聲調的一種語言 01/17 02:21
86F：→ meblessme: 用牛頓公式推算那些好像還很不夠 01/17 02:25
87F：推 Vulpix: 古典物理可以自成一世界，但是顯然到了微觀和高速的時候就 01/17 03:30
88F：→ Vulpix: 會偏離現實。算個一千顆籃球其實應該沒什麼問題，只是計算 01/17 03:32
89F：→ Vulpix: 量稍嫌太大了點。(不夠大的話就再10倍吧，直到夠大。) 01/17 03:33
90F：→ Vulpix: 第一原理的概念是從一個夠用的理論出發直接計算。算籃球碰 01/17 03:34
91F：→ Vulpix: 撞從牛頓定律、L、H這一類理論出發就很夠了。當然硬是要從 01/17 03:36
92F：→ Vulpix: 量子理論來也不是不行。薛丁格方程不也只是一種近似理論？ 01/17 03:37
93F：→ caseypie: 單單DFT無法處理激發態，微擾法很爛，至少要上TDDFT 01/17 09:50
94F：→ caseypie: 最精確的量子算法應該是量子蒙地卡羅，只是非常非常慢 01/17 09:57
95F：→ Eriri: 量子蒙卡的問題也不只是速度慢而已 01/18 08:32
96F：→ Eriri: 回原po 實務上 科學家常常不是微觀或那麼多資訊的情況下去 01/18 08:35
97F：→ Eriri: 模擬新材料 事實上不要說預測新材料 很多時候其實連解釋已 01/18 08:35
98F：→ Eriri: 知材料都不一定作得很好 或者只能解釋其中某一部分性質 01/18 08:36
99F：推 peter308: 大部分都已經知道答案在哪了 電腦只是用來驗證而已 01/21 19:40
100F：→ peter308: 像拓樸絕緣體或是超導材料 又或者是半金屬等等... 01/21 19:41
101F：→ peter308: 通常都是有些候選材料的排列組合 出現某些有趣性質的機 01/21 19:41
102F：→ peter308: 率會比較大... 先有edugated guess才有後續模擬手段來 01/21 19:43
103F：→ peter308: 做驗證....你要亂槍打鳥撈中的機率真的是微乎其微的 01/21 19:43
104F：→ hank780420: TI是第一原理先預測的吧....後面才在預測的物系驗證 01/21 20:51
105F：→ hank780420: 另外高穿隧磁阻的Fe/MgO/Fe結構也是第一原理先預測 01/21 20:53
106F：→ hank780420: 後面才有人真的去做這個結構驗證出來 01/21 20:53
107F：→ Eriri: TI也不是亂槍打鳥預測的阿 是先有toy model跟物理picture 01/21 22:16
108F：→ Eriri: 然後才在有限範圍內用第一原理去找 何況TI算是無交互作用 01/21 22:18
109F：→ Eriri: 原則上單純很多 01/21 22:18
110F：推 peter308: 遊吟詩人也改做DFT了喔? 01/22 12:51