Forskare från Tokyo Metropolitan University blandade och designade en ny, supraledare med hög entropi-legering (HEA), med omfattande data om enkla supraledande ämnen med en specifik kristallstruktur. HEA är kända för att bevara supraledande egenskaper upp till extremt höga tryck. Den nya superledaren, Co _0,2 Ni _0,1 Cu _0,1 Rh _0,3 Ir _0,3 Zr ₂ , har en supraledande övergång vid 8K, en relativt hög temperatur för ett HEA. Teamets tillvägagångssätt kan tillämpas för att upptäcka nya supraledande material med specifika önskvärda egenskaper.

Det har gått över hundra år sedan upptäckten av supraledning, där vissa material plötsligt visade minimal motståndskraft mot elektriska strömmar under en övergångstemperatur. När vi utforskar sätt att eliminera strömavfall, ett sätt att dramatiskt minska förlusterna i kraftöverföring är en fascinerande utsikt. Men den utbredda användningen av supraledning hålls tillbaka av kraven från befintliga superledare, särskilt de låga temperaturer som krävs. Forskare behöver ett sätt att upptäcka nya supraledande material utan brute-force trial and error, och ställ in nyckelegenskaper.

Ett team som leds av docent Yoshikazu Mizuguchi vid Tokyo Metropolitan University har varit banbrytande för en "upptäcktsplattform" som redan har lett till designen av många nya supraledande ämnen. Deras metod är baserad på legeringar med hög entropi (HEA), där vissa platser i enkla kristallstrukturer kan upptas av fem eller flera element. Efter applicering på värmebeständiga material och medicinsk utrustning, vissa HEA fann sig ha supraledande egenskaper med några exceptionella egenskaper, särskilt bibehållen nollresistivitet under extrema tryck. Teamet undersöker materialdatabaser och spetsforskning och hittar en rad superledande material med en gemensam kristallstruktur men olika element på specifika platser. De blandar och konstruerar sedan en struktur som innehåller många av dessa element; genom hela kristallen, dessa "HEA -platser" upptas av ett av elementen blandade (se figur 1). De har redan lyckats skapa varianter med höga entropier av superledare av vismutsulfid och telluridföreningar med en natriumkloridkristallstruktur.

I deras senaste arbete, de fokuserade på kopparaluminid (CuAl ₂ ) struktur. Föreningar som kombinerar ett övergångsmetallelement (Tr) och zirkonium (Zr) till TrZr ₂ med denna struktur är kända för att vara superledande, där Tr kan vara Sc, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Rh, Pd, Ta, eller Ir. Teamet kombinerade en "cocktail" av dessa element med hjälp av bågsmältning för att skapa en ny förening av HEA-typ, Co _0,2 Ni _0,1 Cu _0,1 Rh _0,3 Ir _0,3 Zr ₂ , som visade supraledande egenskaper. De tittade på både resistivitet och elektronisk specifik värme, mängden energi som elektronerna använder i materialet för att höja temperaturen, och identifierade en övergångstemperatur på 8,0K. Detta är inte bara relativt högt för en superledare av HEA-typ, de bekräftade att materialet hade kännetecknen för "bulk" supraledning.

Den mest spännande aspekten av detta är det stora utbudet av andra övergångsmetaller och förhållanden som kan prövas och ställas in för att sikta på högre övergångstemperaturer och andra önskvärda egenskaper, allt utan att ändra den underliggande kristallstrukturen. Teamet hoppas att deras framgång kommer att leda till fler upptäckter av nya superledare av HEA-typ inom en snar framtid.