材料化学：現実世界の条件下における結晶形安定性の予測

溶解性、安定性、圧密性、融解挙動、生物利用可能性などの分子結晶の物理化学的特性は、結晶形に依存している。正確かつ手頃な自由エネルギー計算法が開発されたため、最近、in silicoでの結晶形選択が実現に大きく近づいている。今回我々は、主に自由エネルギー計算の精度を向上させ、固体–固体自由エネルギー差に関する信頼できる実験ベンチマークを構築し、計算された自由エネルギーの統計誤差を定量化し、化学量論組成が異なる水和物の結晶構造と無水物の結晶構造を同じエネルギーランドスケープに、温度と相対湿度の関数として明確なエラーバーと共に配置することによって、この最先端技術を再検討した。自由エネルギーの計算値は、工業関連化合物について1～2 kJ mol⁻¹の標準誤差を有しており、また、化学量論組成が異なる水和物の結晶構造を同一のエネルギーランドスケープに配置する方法は、溶媒和物などの他の多成分系に拡張できることが分かった。こうした貢献によって、実験者のニーズと現代の計算ツールの能力のギャップが縮まり、結晶構造予測がより信頼性の高い実用的な手順に変わり、この手順を実験的証拠と合わせて用いることで結晶形選択の方向付けと制御の確立が可能になる。

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