Ett datadrivet tillvägagångssätt hjälper till att identifiera supraledande material. Kredit:National Institute for Materials Science
Japanska forskare har hittat ett sätt att snabbare och framgångsrikare identifiera supraledande material.
"Det datadrivna tillvägagångssättet visar lovande kraft att påskynda upptäckten av nya termoelektriska och supraledande material, " säger forskarna i sin studie publicerad i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material .
Supraledare är material som leder elektricitet med praktiskt taget inget motstånd. Supraledande material har förbättrat området för magnetisk resonanstomografi (MRI) och har lett till utvecklingen av partikelkolliderare som kan användas för forskning relaterad till splittring av atomer. För närvarande tillgängliga supraledande material kan endast fungera vid extremt låga temperaturer. Om forskare kan hitta supraledande material som fungerar vid omgivningstemperatur, el skulle kunna ledas över stora avstånd utan energiförlust.
Nuvarande metoder för att söka efter dessa material är något slumpmässiga, och resultat beror starkt på forskarens intuition, erfarenhet och tur. Materialforskaren Yoshihiko Takano från Japans nationella institut för materialvetenskap och kollegor har visat att en sållning av en databas för oorganiska material med hjälp av specifika sökparametrar kan ge ett mer systematiskt sätt att hitta supraledande material.
De sökte genom AtomWork, en stor databas för oorganiska material. I en tidigare studie som använder samma tillvägagångssätt, teamet identifierade SnBi 2 Se 4 (en förening av tenn, vismut, och selen) som en potentiell supraledare. Experiment visade att så var fallet.
Men SnBi 2 Se 4 kräver mycket låga temperaturer och höga tryck för att bli supraledande. Teamet sökte en gång till i databasen, välja material som har en liknande kristallstruktur som SnBi 2 Se 4 men ett smalare "bandgap", en egenskap relaterad till atomstruktur som gör att elektroner kan hoppa upp från en energinivå till en annan och därmed ta del av elektrisk ledningsförmåga.
Deras bästa val var PbBi 2 Te 4 (bildad av bly, vismut, och tellur). De syntetiserade PbBi 2 Te 4 kristaller, undersökte deras struktur, kemisk sammansättning och andra egenskaper, och fann att dessa egenskaper uppfyllde förutsägelserna. De exponerade kristallerna för höga tryck och varierande temperaturer och fann att det elektriska motståndet hos PbBi 2 Te 4 minskade med ökande tryck, nå ett supraledande tillstånd vid 10 gigapascal, ungefär hälften av det tryck som behövs för SnBi 2 Se 4 att bli supraledande.
"Detta arbete presenterar en fallstudie för det viktiga första steget för nästa generations datadrivna materialvetenskap, " avslutar laget.
