Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University mixten en ontwierpen een nieuwe, supergeleider met hoge entropielegering (HEA), met behulp van uitgebreide gegevens over eenvoudige supergeleidende stoffen met een specifieke kristalstructuur. Van HEA's is bekend dat ze supergeleidende eigenschappen behouden tot extreem hoge drukken. De nieuwe supergeleider, Co _0.2 Ni _0.1 Cu _0.1 Rh _0.3 Ir _0.3 Zr ₂ , heeft een supergeleidende overgang bij 8K, een relatief hoge temperatuur voor een HEA. De benadering van het team kan worden toegepast op het ontdekken van nieuwe supergeleidende materialen met specifieke gewenste eigenschappen.

Het is meer dan honderd jaar geleden sinds de ontdekking van supergeleiding, waar bepaalde materialen plotseling een minimale weerstand tegen elektrische stromen onder een overgangstemperatuur bleken te vertonen. Terwijl we manieren onderzoeken om energieverspilling te elimineren, een manier om verliezen in krachtoverbrenging drastisch te verminderen is een fascinerend vooruitzicht. Maar het wijdverbreide gebruik van supergeleiding wordt tegengehouden door de eisen van bestaande supergeleiders, vooral de lage temperaturen die nodig zijn. Wetenschappers hebben een manier nodig om nieuwe supergeleidende materialen te ontdekken zonder vallen en opstaan ​​met brute kracht, en stem de belangrijkste eigenschappen af.

Een team onder leiding van universitair hoofddocent Yoshikazu Mizuguchi aan de Tokyo Metropolitan University heeft pionierswerk verricht met een "ontdekkingsplatform" dat al heeft geleid tot het ontwerp van veel nieuwe supergeleidende stoffen. Hun methode is gebaseerd op legeringen met hoge entropie (HEA's), waar bepaalde plaatsen in eenvoudige kristalstructuren kunnen worden ingenomen door vijf of meer elementen. Na te zijn aangebracht op hittebestendige materialen en medische hulpmiddelen, bepaalde HEA's bleken supergeleidende eigenschappen te hebben met enkele uitzonderlijke eigenschappen, in het bijzonder een behoud van nulweerstand onder extreme druk. Het team onderzoekt materiaaldatabases en baanbrekend onderzoek en vindt een reeks supergeleidende materialen met een gemeenschappelijke kristalstructuur maar verschillende elementen op specifieke locaties. Vervolgens mixen en engineeren ze een structuur die veel van die elementen bevat; door het kristal, die "HEA-sites" worden ingenomen door een van de gemengde elementen (zie figuur 1). Ze zijn er al in geslaagd varianten met hoge entropie te creëren van gelaagde bismutsulfide-supergeleiders en tellurideverbindingen met een natriumchloride-kristalstructuur.

In hun laatste werk, ze concentreerden zich op het koperaluminide (CuAl ₂ ) structuur. Verbindingen die een overgangsmetaalelement (Tr) en zirkonium (Zr) combineren tot TrZr ₂ met deze structuur is bekend dat ze supergeleidend zijn, waar Tr Sc zou kunnen zijn, Fe, Co, nee, Cu, ga, Rh, pd, Ta, of ir. Het team combineerde een "cocktail" van deze elementen met behulp van arc melting om een ​​nieuwe HEA-achtige verbinding te creëren, Co _0.2 Ni _0.1 Cu _0.1 Rh _0.3 Ir _0.3 Zr ₂ , die supergeleidende eigenschappen vertoonden. Ze keken naar zowel weerstand als elektronische soortelijke warmte, de hoeveelheid energie die door de elektronen in het materiaal wordt gebruikt om de temperatuur te verhogen, en identificeerde een overgangstemperatuur van 8,0K. Dit is niet alleen relatief hoog voor een HEA-type supergeleider, ze bevestigden dat het materiaal de kenmerken van "bulk" supergeleiding had.

Het meest opwindende aspect hiervan is het enorme scala aan andere overgangsmetalen en verhoudingen die kunnen worden uitgeprobeerd en afgestemd om te streven naar hogere overgangstemperaturen en andere gewenste eigenschappen, allemaal zonder de onderliggende kristalstructuur te veranderen. Het team hoopt dat hun succes in de nabije toekomst zal leiden tot meer ontdekkingen van nieuwe HEA-type supergeleiders.