Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben nieuwe supergeleiders gemaakt van lagen bismutsulfide (BiS ₂ ) en een zeldzame-aardelegering met hoge entropie, oxyfluoride, met vijf zeldzame aarde-elementen (RE) op dezelfde kristallografische locatie. Het nieuwe materiaal behoudt supergeleidende eigenschappen over een breder scala aan roosterparameters dan materialen zonder legeringstoestanden met hoge entropie. Hun werk belooft een opwindende nieuwe strategie voor het ontwerpen van nieuwe gelaagde supergeleiders, een potentieel belangrijke ontwikkeling in de zoektocht naar supergeleiders voor hoge temperaturen.

Supergeleiders zijn de sleutel tot een reeks opwindende potentiële toepassingen. Bijvoorbeeld, nulweerstand belooft verliesvrije krachtoverbrenging en krachtige elektromagneten. De uitdaging was om een ​​materiaal te vinden dat deze eigenschap behoudt bij hogere temperaturen, dichter bij de omgevingstemperatuur. Ondanks gericht werk en een aantal doorbraken in de afgelopen jaren, er wordt nog steeds gezocht naar effectieve strategieën om nieuwe supergeleidende materialen te maken.

Een strategie is het gebruik van gelaagde materialen met een moleculaire structuur bestaande uit afwisselende supergeleidende lagen en "blokkerende lagen" die fungeren als isolerende afstandhouders. Een team onder leiding van universitair hoofddocent Yoshikazu Mizuguchi van de afdeling Natuurkunde, Tokyo Metropolitan University, heeft een belangrijk aspect van het ontwerpen van de isolatielaag blootgelegd. Ze waren in staat om vijf verschillende zeldzame aarde (RE) elementen te combineren, lanthaan, cerium, praseodymium, neodymium, en samarium, en creëer een "legering met hoge entropie" in de blokkerende laag. Legeringen met hoge entropie hebben de afgelopen jaren veel aandacht getrokken vanwege hun taaiheid, weerstand tegen vermoeidheid en ductiliteit, naast vele andere opmerkelijke fysieke eigenschappen.

De nieuwe materialen van het team, met verschillende verhoudingen van RE's (10 tot 30 procent), vertoonde verbeterde supergeleidende eigenschappen; vooral, materialen met dezelfde periode in hun moleculaire structuur vertoonden een supergeleidende overgang bij hogere temperaturen wanneer de blokkerende laag een legering met hoge entropie bevatte. Ze geloven dat de legering met hoge entropie helpt om de kristalstructuur van de supergeleidende laag te stabiliseren.

De impact van het werk is niet beperkt tot de nieuwe materialen die ze presenteren. Gezien het bestaan ​​van een groot aantal supergeleidende lagen die compatibel zijn met RE-oxiden, deze innovatie maakt de weg vrij voor een brede nieuwe strategie voor de engineering van nieuwe, revolutionaire supergeleidende materialen.