Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Во второй год реализации проекта полностью подобраны все настройки для расчетов необходимых характеристик исследуемых систем. Получение корректных энергий не только электронной структуры, но и вторых производных энергий, критически важно для расчета термодинамических потенциалов и вычисления механических характеристик исследуемых объектов. Так, в работе было проведено тестирование функционалов, размера кристаллографической ячейки (элементарная ячейка и суперъячейка) и метода получения вторых производных (метод конечных разностей и теория возмущений функционала плотности) – необходимые параметры, описывающие в том числе стабильность полиморфных модификаций. Такая, отчасти методическая работа, была тепло встречена не только профессиональным сообществом, но и средствами массовой информации - https://rscf.ru/news/release/khimiki-nauchilis-tochno-predskazyvat-svoystva-izmenchivykh-materialov/ . Кроме вышеобозначенных параметров были протестированы такие характеристики, как шаг смещения атомов и количество таких смещений и найдены оптимальные параметры для системы пиразинамида, 4-бромфенил 4-бромбензоата, гексахлорбензол и гексабромбензол. Необходимо отметить, что подготовка файлов проводилась за счет написанной в нашей группе программы Crystalshift, отлично дополняющей наш предыдущий скрипт Deformcell, опубликованный в Журнале Структурной Химии - https://link.springer.com/article/10.1134/S0022476624090099 . Так, были получены сходящиеся значения механических характеристикх двумя различными способами – через уравнения состояния и через вторые производные энергии. В соответствии с планом работы были завершены расчеты парных взаимодействий более чем в 10 кристаллах, способных к изгибу. Эти данные были сгруппированы таким образом, чтобы получить энергии слоев и энергии межслоевых взаимодействий в соответствии с моделью и критериями Ч.М.Редди. Было показано, что несмотря на отличия в абсолютных энергиях для кристаллографических слоев в различных структурах, везде соблюдается значительная анизотропия. Более того, анизотропия выявлена как для «гнущихся» кристаллов, так и для хрупких. Для лучшего восприятия, данные парных взаимодействий были визуализированы в виде так называемых энергетических каркасов. Ввиду того, что критерий слоистости и анизотропии выполняется для всех выбранных систем. Для углубления понимания модели скольжения слоев были построены профили изменения энергии от смещения кристаллографического слоя в каждой системе. Моделирование проводилось, как для двух изолированных слоев, так и с применением периодических граничных условий. Были использованы как подходы молекулярной механики, так и теории функционала плотности. Эти многочисленные комбинации методов и подходов позволила показать важность таких барьеров и получить оценки по энергии «снизу» и «сверху» для большинства систем. В дополнение к проведенным расчетам были проведены эксперименты росту кристаллов двух веществ, а также получены предварительные данные определения граней кристаллов одной системы методами оптической и электронной микроскопии и монокристальной дифракцией. Результаты работы апробированы на Международных и Всероссийских конференциях и в ведущих научных журналах.

Аннотация результатов, полученных в 2026 году
Проект посвящен раскрытию молекулярных механизмов, обеспечивающих удивительную способность некоторых органических кристаллов пластически или упруго изгибаться без разрушения. В третий, завершающий год исследования были выполнены запланированные расчетные и экспериментальные работы, направленные на выявление ключевых энергетических критериев гибкости и разработку надежных методов их прогнозирования. Основной массив вычислений охватил 18 кристаллических структур, включая полиморфные модификации пиразинамида, 4‑бромфенил‑4‑бромбензоата, кумарина, 6‑хлор‑2,4‑динитроанилина и ряды галогензамещенных бензолов. Для каждой системы с помощью квантово-механических и/или молекулярно-механических подходов были рассчитаны упругие модули, профили скольжения молекулярных слоев и энергии межслоевых взаимодействий. Обнаружено, что традиционные упругие постоянные (модуль Юнга, модуль сдвига) не позволяют отличить изгибающийся кристалл от хрупкого, тогда как энергия скольжения слоев, отнесенная к полной энергии кристаллической решетки, является надежным индикатором пластичности: для всех гибких систем она не превышает ~6-10 кДж/моль после надлежащей нормировки. Важным методическим итогом стал переход на полуэмпирический метод CE‑1P в пакете OCC, который при многократном ускорении расчетов сохраняет точность, достаточную для классификации кристаллов, и позволяет вести потоковый скрининг. Параллельно был выполнен детальный анализ популярных «локальных» методов (теория Бейдера, NCI) применительно к описанию галоген-галогеновых контактов в процессе скольжения. Показано, что эти подходы, будучи параметризованными по равновесным структурам, дают количественно ошибочные результаты при моделировании механической деформации, недооценивая отталкивание на «сжатых» молекулярных контактах. Таким образом, очерчены границы применимости этих методов и подтверждена необходимость использования более ресурсоемких, но достоверных периодических DFT-расчетов или CrystalExplorer/OCC. Экспериментальная часть работы включала выращивание монокристаллов из растворов и сублимацией, точную идентификацию их граней с помощью оригинального интегрированного подхода (сочетание моделирования роста кристаллов, оптической и электронной микроскопии, дифракционных методов) и верификацию предсказанных направлений изгиба прямыми механическими испытаниями. Для пиразинамида, трихлорбензола и кислого малеата L‑лейциния расчетные и экспериментальные данные полностью совпали, что доказывает предсказательную силу развитых подходов. Обобщение полученных результатов позволило расширить известные критерии гибких кристаллов: к слоистой структуре и резкой анизотропии взаимодействий добавлен количественный критерий низкой нормированной энергии скольжения. Предложена модель, описывающая пластическую деформацию как конкуренцию трех элементарных процессов – растяжения/сжатия слоев, их взаимного скольжения и внутрислоевого разрушения, – для каждого из которых могут быть вычислены молекулярные энергетические вклады. По итогам года опубликовано пять научных статей в престижных международных журналах (включая издания первого квартиля –The Journal of Physical Chemistry C, Molecules), и еще одна статья принята к рассмотрению в Journal of Applied Crystallography. Кроме того, результаты научной деятельности освещены и в научно-популярных СМИ: https://www.sbras.info/articles/nauka-dlya-obschestva/sibirskie-uchenye-vyyasnyayut-pochemu-odni-kristally-gnutsya-drugie ; https://www.sbras.info/articles/nauka-dlya-obschestva/kristally-s-bromom-mozhno-ispolzovat-dlya-proverki-raschetnykh; https://rscf.ru/news/release/energiya-skolzheniya-pomozhet-tochnee-otlichat-gibkie-organicheskie-kristally-ot-khrupkikh/?sphrase_id=1471557 Полученные результаты создают прочную основу как для дальнейшего углубленного изучения механики молекулярных кристаллов, так и для практического дизайна материалов с программируемой гибкостью. Коллектив выражает благодарность Российскому Научному Фонду за поддержку, а рецензентам – за ценные рекомендации на всех этапах реализации проекта.