Виртуальное тестирование помогло найти лучший голубой OLED

Междисциплинарная команда исследователей Гарвардского университета разработала крупномасштабный процесс Molecular Space Shuttle, объединяющий теоретическую и экспериментальную химию, машинное обучение и «химическую информатику». Он позволил многократно сократить время поиска новых молекул OLED, рабочие характеристики которых соответствуют промышленным стандартам или превосходят их.

Главным ориентиром для ученых, рассказавших о проделанной работе в свежем номере журнала Nature Materials, был поиск технологически доступного полностью органического материала для голубых светодиодов.

В современных OLED-экранах эта задача решена не лучшим образом. Для улучшения эффективности излучения голубых суб-пикселей в них используются органометаллические молекулы с дорогими переходными металлами, такими как иридий. Помимо дороговизны, такое решение не обеспечивает нужной стабильности работы светодиода.

Исследование началось с создания библиотеки, включающей более 1,6 млн перспективных молекул. Затем был разработан обучающийся алгоритм, выбирающий из них наилучших кандидатов, из которых составлялась приоритетная очередь на виртуальное тестирование.

Численный эксперимент позволял предсказать цвет и интенсивность излучения молекулы путём выполнения простых расчётов методами квантовой химии. На оценку каждой молекулы в среднем уходило 12 часов машинного времени.

Однако, как указывает Тим Хирзель (Tim Hirzel), старший программный инженер факультета химии и химической биологии и соавтор этой статьи, для того, чтобы выявить искомую супермолекулу, соединяющую в себе сразу три качества — голубой цвет, стабильность и яркость, потребовалась человеческая интуиция. Перекинув мостик между теоретическим моделированием и экспериментальной практикой, Хирзель с коллегами создал веб-приложение для коллективного изучения результатов более полумиллиона квантово-химических симуляций и голосования за наилучших кандидатов.

Подобная обратная связь с участниками проекта из Гарварда, MIT и Samsung позволила сузить область поиска до 2500, а затем до сотни молекул, причём все они работают по крайней мере не хуже, чем самые передовые неметаллические OLED.

Область потенциального применения новой методологии ускоренной оценки свойств органических молекул не ограничивается OLED и распространяется на солнечные элементы, проточные батареи, органические лазеры и много другое.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365