Исследования

Моя работа, междисциплинарная по своей природе, объединяет теоретическую кристаллографию, физику конденсированных сред, теоретическую химию, материаловедение, вычислительную математику и науки о Земле. Я разрабатываю и применяю новые вычислительные методы с целью прогнозирования и понимания поведения материалов (принципиально интересных или технологически полезных материалов, планетообразующих или синтетических материалов и т. д.). Основная цель моей работы - дать возможность открытия новых материалов вычислительными методами. С помощью теории и вычислений я стремлюсь понять факторы, определяющие структуру и свойства твердых тел, их структурные и электронные переходы - особенно под давлением, когда обычные правила и модели часто не работают.

Среди основных моментов этой работы:

1. USPEX: новый метод предсказания кристалличесих структур (EPSL 2006, J.Chem.Phys. 2006, Comp.Phys.Comm. 2006, Acc. Chem. Res. 2011).
2. Эволюционная метадинамика: еще один мощный метод предсказания кристаллических структур, также способный предсказывать механизмы фазовых переходов (CrystEngComm 2012).
3. Разработка метода количественной оценки и визуализации энергетических ландшафтов. (J.Chem.Phys. 2009).
4. Метод упругой ленты с переменной ячейкой (англ. VCNEB — Variable-cell nudged elastic band) для предсказания механизмов фазовых переходов. (Comp. Phys. Comm. 2013).
5. Разработка гибридного метода глобальной оптимизации для поиска материалов с целевыми физическими свойствами, который предлагает новый способ обнаружения материалов на компьютере. (PRB 2011)
6. Совместное теоретическое и экспериментальное открытие постперовскита MgSiO₃, основного минерала D'' слоя Земли (Nature 2004). Это открытие было подтверждено рядом независимых исследований.
7. Первые теоретические исследования реологии перовскита MgSiO₃ и постперовскита (Nature 2005) на основе метадинамики из первых принципов и новая интерпретация сейсмической анизотропии D'' слоя Земли. Предсказание политипного ряда структур между перовскитом и постперовскитом, возможных новых мантийных минералов, экспериментально подтвержденных O.Tschauner в 2008 году.
8. Интерпретация сейсмической томографии в рамках физики минералов в терминах распределения температуры в мантии Земли (Nature 2001). Тепловая модель мантии Земли (EMU Lecture Notes 2002).
9. Фазовые диаграммы землеобразующих минералов из первых принципов (Nature, PNAS, PRL, Phys.Rev.B, J.Chem.Phys., 2003-2006). Прогнозирование и обнаружение новых минеральных фаз высокого давления CaCO3 (EPSL 2006), MgCO3 и CO2 (EPSL 2008), Fe2C (УФН 2012).
10. Усовершенствованные методы калибровки давления для экспериментов в ячейках с алмазными наковальнями и новые P-T шкалы давления (DAN 2003, 2006; PRB 2007).
11. Открытие новых структур элементов под высоким давлением - частично ионизированной фазы бора (Nature, январь 2009) и прозрачной диэлектрической фазы натрия (Nature, март 2009 г.). Прогнозирование и выяснение вызванного давлением структурного превращения в метане (J.Chem.Phys. 2010), силане (PRL 2009), германии (PRL 2008), станнане (PNAS 2010), углероде (PRL 2009), азоте (PRL 2009), кальции (PNAS 2010), новых гидридах лития (PNAS 2009), фазах графана (PNAS 2011), оксидах ксенона (Nature Chemistry 2013), борогидриде магния (PRL 2012), боранах (PRL 2013), двумерном боре (PRL 2014).
12. Установление структуры нового аллотропа углерода - «сверхтвердого графита» (J.Chem.Phys. 2006, PRL 2009, Scientific Reports 2012).
13. Предсказание и проверка новых экзотических классов соединений, термодинамически устойчивых под давлением: например, в системах Na-Cl (Na₃Cl, Na₂Cl, Na₃Cl₂, NaCl₃, NaCl₇) и Mg-O (Mg₃O₂, MgO₂). (Science 2013; Phys.Chem.Chem.Phys. 2013).