Brug af store databaser til at finde fremtidens superledere

Japanske forskere har fundet en tilgang til hurtigere og med succes at identificere superledende materialer.

"Den datadrevne tilgang viser lovende kraft til at fremskynde opdagelsen af ​​nye termoelektriske og superledende materialer, "siger forskerne i deres undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer .

Superledere er materialer, der leder elektricitet med næsten ingen modstand. Superledende materialer har forbedret feltet magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) og har ført til udviklingen af ​​partikelkollidere, der kan bruges til forskning i forbindelse med spaltning af atomer. I øjeblikket tilgængelige superledende materialer kan kun fungere ved ekstremt lave temperaturer. Hvis forskere kan finde superledende materialer, der arbejder ved omgivelsestemperatur, elektricitet kunne føres over store afstande uden energitab.

Nuværende tilgange til at søge efter disse materialer er noget tilfældige, og resultaterne afhænger stærkt af forskerens intuition, erfaring og held. Materialeforsker Yoshihiko Takano fra Japans nationale institut for materialevidenskab og kolleger har vist, at sigtning gennem en uorganisk materialedatabase ved hjælp af specifikke søgeparametre kan give en mere systematisk måde at finde superledende materialer på.

De søgte gennem AtomWork, en stor database for uorganiske materialer. I en tidligere undersøgelse med samme tilgang, teamet identificerede SnBi ₂ Se ₄ (en forbindelse af tin, vismut, og selen) som en potentiel superleder. Eksperimenter viste, at dette faktisk var tilfældet.

Men SnBi ₂ Se ₄ kræver meget lave temperaturer og højt tryk for at blive superledende. Teamet søgte endnu en gang gennem databasen, vælge materialer, der har en lignende krystalstruktur som SnBi ₂ Se ₄ men et snævrere 'bandgab', en egenskab relateret til atomstruktur, der tillader elektroner at hoppe op fra et energiniveau til et andet og dermed deltage i elektrisk ledningsevne.

Deres bedste valg var PbBi ₂ Te ₄ (dannet af bly, vismut, og tellur). De syntetiserede PbBi ₂ Te ₄ krystaller, undersøgte deres struktur, kemisk sammensætning og andre egenskaber, og fandt ud af, at disse ejendomme opfyldte forudsigelserne. De udsatte krystallerne for høje tryk og varierende temperaturer og fandt ud af, at PbBis elektriske modstand ₂ Te ₄ faldt med stigende tryk, når en superledende tilstand ved 10 gigapascal, omkring det halve tryk, der er nødvendigt for SnBi ₂ Se ₄ at blive superledende.

"Dette arbejde præsenterer et casestudie for det vigtige første skridt for den næste generations datadrevne materialevidenskab, "slutter holdet.