Специалист по Civil Engineering Игорь Останин о молекулярной динамике, синтезировании углеродных нанотрубок и космическом лифте.   Как вычислительные методы применяются в современном материаловедении? О моделировании материалов на основе углеродных нанотрубок и перспективах их использования рассказывает научный сотрудник Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных Игорь Останин. ПостНаука и Сколковский институт науки и технологий представляют курс «Математическое моделирование», составленный на основе магистерской программы «Вычислительные системы в науке и технике».   Почему важна микро- и наноструктура материалов? Современное материаловедение по своей природе — это некая многомасштабная наука. Мы изучаем как молекулярную структуру веществ, так и структуру каких-то более крупных объединений: мономолекул, макромолекул, коллоидных частиц, монокристаллов, вплоть до макроскопической шкалы длины, до макроскопических размеров инженерных деталей, условно говоря. И общий принцип такой: чем выше уровень организации, чем на более мелкой шкале длины мы можем организовать вещество, тем более экстремальные, интересные и полезные свойства мы можем получить. В частности, элементарный пример — это углеродные нанотрубки, о которых я позже буду говорить чуть более подробно. Если мы сравним механические характеристики, скажем, конструкционной стали и углеродной нанотрубки, мы видим, что углеродная нанотрубка приблизительно в тысячу раз прочнее, чем современные конструкционные стали, и имеет модуль Юнга в 5 раз больше. Почему? Потому что углеродная нанотрубка представляет собой бездефектную структуру, она демонстрирует нам прочность химической связи на макроуровне. В то время как конструкционная сталь — это некое аморфное соединение многочисленных монокристаллов с многочисленными внедренными дефектами, дислокациями, которые и определяют прочность данного материала.