Een gezamenlijk onderzoeksteam van NIMS-Ehime University is erin geslaagd nieuwe materialen te ontdekken die supergeleiding vertonen onder hoge druk met behulp van materiaalinformatica (MI) -benaderingen (data science-based materiaalzoektechnieken). Deze studie toonde experimenteel aan dat MI efficiënte exploratie van nieuwe supergeleidende materialen mogelijk maakt. MI-benaderingen kunnen van toepassing zijn op de ontwikkeling van verschillende functionele materialen, inclusief supergeleiders.

Supergeleidende materialen die elektriciteitstransmissie over lange afstanden mogelijk maken zonder energieverlies bij afwezigheid van elektrische weerstand, worden beschouwd als een sleuteltechnologie bij het oplossen van milieu- en energieproblemen. De conventionele benadering van onderzoekers die op zoek zijn naar nieuwe supergeleidende materialen of andere materialen is om te vertrouwen op gepubliceerde informatie over materiaaleigenschappen, zoals kristallijne structuren en valentiegetallen, en hun eigen ervaring en intuïtie. Echter, deze aanpak is tijdrovend, kostbaar en zeer moeilijk omdat het een uitgebreide en uitputtende synthese van verwante materialen vereist. Als zodanig, er was veel vraag naar de ontwikkeling van nieuwe methoden die een efficiëntere exploratie van nieuwe materialen met gewenste eigenschappen mogelijk maken.

Dit gezamenlijke onderzoeksteam maakte gebruik van de AtomWork-database, die meer dan 100 bevat, 000 gegevens over anorganische kristalstructuren. Het team selecteerde eerst ongeveer 1, 500 kandidaat-materiaalgroepen waarvan de elektronische toestanden door berekening konden worden bepaald. Het team beperkte deze lijst vervolgens tot 27 materialen met gewenste supergeleidende eigenschappen door daadwerkelijk elektronische toestandsberekeningen uit te voeren. Van deze 27 twee materialen SnBi ₂ Se ₄ en PbBi ₂ Te ₄ werden uiteindelijk gekozen omdat ze relatief eenvoudig te synthetiseren waren.

Het team synthetiseerde deze twee materialen en bevestigde dat ze supergeleiding vertonen onder hoge druk met behulp van een elektrisch weerstandsmeetapparaat. Het team ontdekte ook dat de supergeleidende overgangstemperaturen van deze materialen toenemen met toenemende druk. Deze op datawetenschap gebaseerde benadering, die totaal anders is dan de conventionele benaderingen, maakte identificatie en efficiënte en nauwkeurige ontwikkeling van supergeleidende materialen mogelijk.

Experimenten hebben aangetoond dat deze nieuw ontdekte materialen naast supergeleiding ook uitstekende thermo-elektrische eigenschappen kunnen hebben. De door ons ontwikkelde methode kan van toepassing zijn op de ontwikkeling van verschillende functionele materialen, inclusief supergeleiders. In toekomstige studies, we hopen innovatieve functionele materialen te ontdekken, zoals supergeleidende materialen bij kamertemperatuur, door een breder scala aan materialen in onze studies op te nemen en de nauwkeurigheid van de parameters die relevant zijn voor gewenste eigenschappen te vergroten.