Japanse onderzoekers hebben een methode gevonden om supergeleidende materialen sneller en met succes te identificeren.

"De datagestuurde aanpak toont veelbelovende kracht om de ontdekking van nieuwe thermo-elektrische en supergeleidende materialen te versnellen, " zeggen de onderzoekers in hun studie gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen .

Supergeleiders zijn materialen die elektriciteit vrijwel zonder weerstand geleiden. Supergeleidende materialen hebben het veld van magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) verbeterd en hebben geleid tot de ontwikkeling van deeltjesversnellers die kunnen worden gebruikt voor onderzoek met betrekking tot het splitsen van atomen. Momenteel beschikbare supergeleidende materialen kunnen alleen presteren bij extreem lage temperaturen. Als onderzoekers supergeleidende materialen kunnen vinden die werken bij omgevingstemperatuur, elektriciteit over grote afstanden kon worden geleid zonder energieverlies.

De huidige benaderingen voor het zoeken naar deze materialen zijn enigszins willekeurig, en resultaten zijn sterk afhankelijk van de intuïtie van de onderzoeker, ervaring en geluk. Materiaalwetenschapper Yoshihiko Takano van het Japanse National Institute for Materials Science en collega's hebben aangetoond dat het doorzoeken van een anorganische materialendatabase met behulp van specifieke zoekparameters een meer systematische manier kan bieden om supergeleidende materialen te vinden.

Ze zochten via AtomWork, een grote database voor anorganische materialen. In een eerdere studie met dezelfde benadering, het team identificeerde SnBi ₂ Se ₄ (een verbinding van tin, bismut, en selenium) als potentiële supergeleider. Experimenten toonden aan dat dit inderdaad het geval was.

Maar SnBi ₂ Se ₄ vereist zeer lage temperaturen en hoge drukken om supergeleidend te worden. Het team zocht nog een keer in de database, materialen selecteren die een vergelijkbare kristalstructuur hebben als SnBi ₂ Se ₄ maar een smallere 'band gap', een eigenschap die verband houdt met de atomaire structuur waardoor elektronen van het ene energieniveau naar het andere kunnen springen en zo deelnemen aan elektrische geleidbaarheid.

Hun beste keuze was PbBi ₂ Te ₄ (van lood, bismut, en telluur). Ze synthetiseerden PbBi ₂ Te ₄ Kristallen, hun structuur onderzocht, chemische samenstelling en andere eigenschappen, en ontdekte dat die eigenschappen aan de voorspellingen voldeden. Ze stelden de kristallen bloot aan hoge drukken en wisselende temperaturen en ontdekten dat de elektrische weerstand van PbBi ₂ Te ₄ verminderd met toenemende druk, een supergeleidende toestand bereiken bij 10 gigapascal, ongeveer de helft van de druk die nodig is voor SnBi ₂ Se ₄ supergeleidend worden.

"Dit werk presenteert een case study voor de belangrijke eerste stap voor de volgende generatie datagestuurde materiaalwetenschap, ’, besluit het team.