Opdagelse af nye superledende materialer ved hjælp af materialinformatik

Et fælles forskerteam fra NIMS-Ehime University lykkedes at opdage nye materialer, der udviser supraledelse under højt tryk ved hjælp af materialer informatik (MI) tilgange (data science-baserede materialesøgningsteknikker). Denne undersøgelse demonstrerede eksperimentelt, at MI muliggør effektiv udforskning af nye superledende materialer. MI -tilgange kan være anvendelige til udvikling af forskellige funktionelle materialer, herunder superledere.

Superledende materialer, der muliggør langdistancetransmission af elektricitet uden energitab i mangel af elektrisk modstand, anses for at være en nøgleteknologi til løsning af miljø- og energispørgsmål. Den konventionelle tilgang af forskere, der søger efter nye superledende materialer eller andre materialer, har været at stole på offentliggjorte oplysninger om materialegenskaber, såsom krystallinske strukturer og valensnumre, og deres egen erfaring og intuition. Imidlertid, denne tilgang er tidskrævende, dyrt og meget vanskeligt, fordi det kræver omfattende og udtømmende syntese af beslægtede materialer. Som sådan, efterspørgslen har været stor efter udvikling af nye metoder, der muliggør mere effektiv udforskning af nye materialer med ønskelige egenskaber.

Dette fælles forskerhold udnyttede AtomWork -databasen, som indeholder mere end 100, 000 stykker data om uorganiske krystalstrukturer. Holdet valgte først cirka 1, 500 kandidatmaterialegrupper, hvis elektroniske tilstande kunne bestemmes ved beregning. Holdet indsnævrede derefter denne liste til 27 materialer med ønskelige superledende egenskaber ved faktisk at udføre elektroniske tilstandsberegninger. Af disse 27, to materialer SnBi ₂ Se ₄ og PbBi ₂ Te ₄ blev i sidste ende valgt, fordi de var relativt lette at syntetisere.

Teamet syntetiserede disse to materialer og bekræftede, at de udviser supraledelse under høje tryk ved hjælp af en elektrisk resistivitetsmåler. Teamet fandt også ud af, at de superledende overgangstemperaturer for disse materialer stiger med stigende tryk. Denne datavidenskabsmæssige tilgang, som er helt anderledes end de konventionelle metoder, muliggjort identifikation og effektiv og præcis udvikling af superledende materialer.

Eksperimenter afslørede, at disse nyopdagede materialer kan have fremragende termoelektriske egenskaber ud over superledning. Den metode, vi udviklede, kan være anvendelig til udvikling af forskellige funktionelle materialer, herunder superledere. I fremtidige undersøgelser, vi håber at opdage innovative funktionelle materialer, såsom superledende materialer ved stuetemperatur, ved at inkludere et bredere udvalg af materialer i vores undersøgelser og øge nøjagtigheden af ​​de parametre, der er relevante for ønskelige egenskaber.