Superkonduktorsökprocesskoncept:Kandidatmaterial väljs från en databas med hjälp av beräkning och utsätts för högt tryck för att bestämma deras supraledande egenskaper. Kredit:National Institute for Materials Science
Ett gemensamt forskargrupp från NIMS-Ehime University lyckades upptäcka nya material som uppvisar supraledning under högt tryck med hjälp av materialinformatik (MI) metoder (datavetenskapbaserade materialsökningstekniker). Denna studie visade experimentellt att MI möjliggör effektiv utforskning av nya supraledande material. MI-metoder kan vara tillämpliga på utveckling av olika funktionella material, inklusive supraledare.
Superledande material som möjliggör överföring av långdistanselektricitet utan energiförlust i avsaknad av elektrisk motstånd anses vara en nyckelteknologi för att lösa miljö- och energifrågor. Det konventionella tillvägagångssättet för forskare som letar efter nya supraledande material eller annat material har varit att förlita sig på publicerad information om materialegenskaper, såsom kristallina strukturer och valenstal, och sin egen erfarenhet och intuition. Dock, detta tillvägagångssätt är tidskrävande, dyrt och mycket svårt eftersom det kräver omfattande och uttömmande syntes av relaterade material. Som sådan, efterfrågan har varit stor på utveckling av nya metoder som möjliggör effektivare utforskning av nya material med önskvärda egenskaper.
Detta gemensamma forskargrupp utnyttjade AtomWork -databasen, som innehåller mer än 100, 000 bitar av data om oorganiska kristallstrukturer. Teamet valde först ut cirka 1, 500 kandidatmaterialgrupper vars elektroniska tillstånd kan bestämmas genom beräkning. Teamet minskade sedan denna lista till 27 material med önskvärda supraledande egenskaper genom att faktiskt utföra elektroniska tillståndsberäkningar. Av dessa 27, två material SnBi 2 Se 4 och PbBi 2 Te 4 valdes slutligen eftersom de var relativt lätta att syntetisera.
Teamet syntetiserade dessa två material och bekräftade att de uppvisar supraledning under höga tryck med hjälp av en elektrisk resistivitetsmätare. Teamet fann också att de superledande övergångstemperaturerna för dessa material ökar med ökande tryck. Detta datavetenskapbaserade tillvägagångssätt, som skiljer sig helt från de konventionella metoderna, möjliggjort identifiering och effektiv och exakt utveckling av supraledande material.
Experiment avslöjade att dessa nyupptäckta material kan ha utmärkta termoelektriska egenskaper utöver supraledning. Metoden vi utvecklat kan vara tillämplig på utveckling av olika funktionella material, inklusive superledare. I framtida studier, vi hoppas kunna upptäcka innovativa funktionella material, såsom superledande material vid rumstemperatur, genom att inkludera ett bredare materialutbud i våra studier och öka noggrannheten hos de parametrar som är relevanta för önskvärda egenskaper.
