Концепция процесса поиска сверхпроводников: материалы-кандидаты выбираются из базы данных посредством расчетов и подвергаются высокому давлению для определения их сверхпроводящих свойств. Фото: Национальный институт материаловедения

Совместной исследовательской группе Университета NIMS-Ehime удалось обнаружить новые материалы, которые демонстрируют сверхпроводимость под высоким давлением, используя подходы материаловедческой информатики (MI) (методы поиска материалов на основе данных). Это исследование экспериментально продемонстрировало, что МИ позволяет эффективно исследовать новые сверхпроводящие материалы. МИ-подходы могут быть применимы для разработки различных функциональных материалов, в том числе сверхпроводников.

Сверхпроводящие материалы, которые обеспечивают передачу электроэнергии на большие расстояния без потери энергии при отсутствии электрического сопротивления, считаются ключевой технологией в решении экологических и энергетических проблем. Традиционный подход исследователей, ищущих новые сверхпроводящие материалы или другие материалы, заключался в том, чтобы полагаться на опубликованную информацию о свойствах материала, таких как кристаллические структуры и валентные числа, а также свой собственный опыт и интуицию. Однако этот подход требует много времени, затрат и очень труден, потому что он требует обширного и исчерпывающего синтеза связанных материалов. Как таковой, был высокий спрос на разработку новых методов, позволяющих более эффективно исследовать новые материалы с желаемыми свойствами.

Эта совместная исследовательская группа воспользовалась базой данных AtomWork, которая содержит более 100 000 фрагментов данных о неорганических кристаллических структурах. Команда сначала выбрала примерно 1500 групп материалов-кандидатов, чьи электронные состояния можно определить с помощью расчетов. Затем команда сузила этот список до 27 материалов с желаемыми сверхпроводящими свойствами, фактически выполнив расчеты электронного состояния. Из этих 27, в конечном итоге, были выбраны два материала SnBi2Se4 и PbBi2Te4, поскольку их было относительно легко синтезировать.

Команда синтезировала эти два материала и подтвердила, что они демонстрируют сверхпроводимость при высоких давлениях, используя прибор для измерения удельного электрического сопротивления. Команда также обнаружила, что температуры сверхпроводящего перехода этих материалов увеличиваются с увеличением давления. Этот подход, основанный на науке о данных, который полностью отличается от традиционных подходов, позволил идентифицировать и эффективно и точно разработать сверхпроводящие материалы.

Эксперименты показали, что эти вновь открытые материалы могут иметь превосходные термоэлектрические свойства в дополнение к сверхпроводимости. Разработанный нами метод может быть применим к разработке различных функциональных материалов, в том числе сверхпроводников. В будущих исследованиях мы надеемся открыть инновационные функциональные материалы, такие как сверхпроводящие материалы комнатной температуры, путем включения более широкого спектра материалов в наши исследования и повышения точности параметров, соответствующих желаемым свойствам.

По материалам phys.org