U.S. Department of Energy's Critical Materials Institute har utvecklat ett datorprogram, kallas ParFit, som avsevärt kan minska mängden tid som ägnas åt att identifiera lovande kemiska föreningar som används i bearbetningsmetoder för sällsynta jordartsmetaller.

Att testa och utveckla mer effektiva och miljövänliga sätt att utvinna sällsynta jordartsmetaller så snabbt som möjligt är ett primärt mål för CMI. Sällsynta jordartsmetaller är avgörande för många moderna energitekniker, men hög kommersiell efterfrågan och gruvutmaningar har gjort att optimera vårt lands produktion och användning av dem av avgörande betydelse.

"Traditionell, kvantmekaniska metoder för att förutsäga den molekylära designen och beteendet hos dessa extraktionsmedel är för beräkningsmässigt dyra, och ta för lång tid för den tidsperiod som behövs, " sa mjukvarudesignern och CMI-forskaren Federico Zahariev. "Så vi utvecklade ett program som kunde skapa en enklare klassisk mekanisk modell som fortfarande skulle återspegla noggrannheten hos den kvantmekaniska modellen."

ParFit använder traditionella och avancerade metoder för att träna den klassiska mekaniska modellen för att passa kvantmekanisk information från ett träningsset. Dessa klassiska modeller kan sedan användas för att förutsäga formen på nya extraktionsmedel och hur de binder till metaller.

"På ett ungefär, tänk på molekylens form och struktur som ett system av fjädrar, där det kan behövas mycket små åtdragningar eller lossningar av olika anslutningar för att det ska fungera korrekt, " sa CMI-forskaren Theresa Windus. "Det är på samma sätt som vi tillämpar de kvantmekaniska beräkningarna för att skapa dessa klassiska mekaniska modeller - det är en tråkig, felbenägen, och en lång process. ParFit gör detta så snabbt som möjligt, automatiserar anpassningen av dessa parametrar, och återger noggrant de kvantmekaniska energierna."

"Programmets kapacitet gör det möjligt för forskarna att modellera ett nästan obegränsat antal nya extraktionsmedel, " sa mjukvaruutvecklaren och CMI-forskaren Marilu Dick-Perez. Till exempel, de klassiska modellerna som används i mjukvarukoden, HostDesigner – utvecklad av Benjamin Hay från Supramolecular Design Institute, skapar och utvärderar snabbt möjliga extraktionsmedel för livsduglighet och riktar in sig på extraktionsmedel som är bäst lämpade för vidare forskning. "Vi har minskat beräkningsarbetet från 2-3 år till tre månader, " sa hon. "Vi har införlivat så mycket expertkunskap i det här programmet som möjligt, så att även en nybörjare kan navigera i programmet."

Mjukvarans möjligheter diskuteras vidare i ett dokument, "ParFit:Ett pytonbaserat objekt-orienterat program för montering av molekylära mekaniska parametrar för ab Initio-data", författad av Federico Zahariev, Nuwan De Silva, Mark S. Gordon, Theresa L. Windus, och Marilu Dick-Perez, och publiceras i Journal of Chemical Information and Modeling .