Transition metal cocktail hjælper med at lave helt nye superledere

Forskere fra Tokyo Metropolitan University blandede og designede en ny, højentropi legering (HEA) superleder, ved hjælp af omfattende data om simple superledende stoffer med en specifik krystalstruktur. HEA'er er kendt for at bevare superledende egenskaber op til ekstremt høje tryk. Den nye superleder, Co _0,2 Ni _0,1 Cu _0,1 Rh _0,3 Ir _0,3 Zr ₂ , har en superledende overgang ved 8K, en relativt høj temperatur for en HEA. Holdets tilgang kan anvendes til at opdage nye superledende materialer med specifikke ønskværdige egenskaber.

Det er over hundrede år siden opdagelsen af ​​superledning, hvor visse materialer pludselig viste minimal modstand mod elektriske strømme under en overgangstemperatur. Mens vi udforsker måder at eliminere strømspild, en måde at dramatisk reducere tab i kraftoverførsel er en fascinerende udsigt. Men den udbredte brug af superledning holdes tilbage af kravene fra eksisterende superledere, især de lave temperaturer, der kræves. Forskere har brug for en måde at opdage nye superledende materialer uden brute-force forsøg og fejl, og tune nøgleegenskaber.

Et hold ledet af lektor Yoshikazu Mizuguchi ved Tokyo Metropolitan University har været banebrydende for en "opdagelsesplatform", der allerede har ført til designet af mange nye superledende stoffer. Deres metode er baseret på højentropilegeringer (HEA), hvor visse steder i simple krystalstrukturer kan være optaget af fem eller flere elementer. Efter påføring på varmebestandige materialer og medicinsk udstyr, visse HEA'er viste sig at have superledende egenskaber med nogle ekstraordinære egenskaber, især en fastholdelse af nulresistivitet under ekstreme tryk. Holdet undersøger materialedatabaser og banebrydende forskning og finder en række superledende materialer med en fælles krystalstruktur, men forskellige elementer på specifikke steder. De blander og konstruerer derefter en struktur, der indeholder mange af disse elementer; gennem hele krystallen, disse "HEA-steder" er optaget af et af elementerne blandet (se figur 1). Det er allerede lykkedes dem at skabe højentropivarianter af lagdelte bismuthsulfid-superledere og telluridforbindelser med en natriumchlorid-krystalstruktur.

I deres seneste arbejde, de fokuserede på kobberaluminid (CuAl ₂ ) struktur. Forbindelser, der kombinerer et overgangsmetalelement (Tr) og zirconium (Zr) til TrZr ₂ med denne struktur er kendt for at være superledende, hvor Tr kunne være Sc, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Rh, Pd, Ta, eller Ir. Holdet kombinerede en "cocktail" af disse elementer ved hjælp af buesmeltning for at skabe en ny HEA-type forbindelse, Co _0,2 Ni _0,1 Cu _0,1 Rh _0,3 Ir _0,3 Zr ₂ , som viste superledende egenskaber. De så på både resistivitet og elektronisk specifik varme, mængden af ​​energi, der bruges af elektronerne i materialet til at hæve temperaturen, og identificerede en overgangstemperatur på 8,0K. Ikke alene er dette relativt højt for en superleder af HEA-typen, de bekræftede, at materialet havde kendetegnene for "bulk" superledning.

Det mest spændende aspekt af dette er det store udvalg af andre overgangsmetaller og forhold, der kan prøves og indstilles til at sigte mod højere overgangstemperaturer og andre ønskværdige egenskaber, alt sammen uden at ændre den underliggende krystalstruktur. Holdet håber, at deres succes vil føre til flere opdagelser af nye superledere af HEA-typen i den nærmeste fremtid.