日本利用材料信息学发现新型超导物质

新技术 2018年09月13日
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日本物质材料研究机构(NIMS)与爱媛大学组成的研发小组,利用通过数据科学探索新物质的材料信息学(MI)方法,成功发现了在加压状态下显现特性的新型超导物质。本次发现证明,运用材料信息学可以高效发现新型超导物质,不仅是超导物质,该方法还有望用于各种新材料的开发。

以前,研究人员一直根据论文中记载的晶体结构和原子价数等信息,凭经验和直觉探索新型超导物质。因此,必须像进行地毯式轰炸那样全面合成,既浪费时间又浪费金钱,是一项非常困难的作业,所以需要开发一种能以更高的效率发现新物质的新方法。

本研究着眼于积累了10多万种无机物质晶体结构数据的无机材料数据库AtomWork。首先将范围缩小到可以实际计算电子状态的约1500种候选物质组,然后通过计算这些物质的电子状态,确定了27种有望实现超导的物质。研究人员从这27种物质中,选择了容易实际合成的物质,最终确定了SnBi2Se4和PbBi2Te4这2种物质。

研发小组对这2种物质进行合成,利用此前开发的在高压力下测量电阻的装置,成功发现了超导。另外还发现,超导转变温度会随着压力的上升而升高。此次采用的材料信息学是一种全新的方法,证明在数据科学的主导下,可以不受固定概念束缚,探索具有超导特性的物质,并精准、高效地使之实现。

通过计算从数据库中选择候选物质后施加高压力发现超导的概念

图1:通过计算从数据库中选择候选物质后施加高压力发现超导的概念

实验表明,在本次研究中发现的2种物质不但是新型超导材料,还能作为新型热电物质的候选材料。利用本研究使用的方法,还有望开发超导以外的各种功能性物质。今后打算扩大对象物质的范围,更加精准地导入显现物性所需的参数,例如发现室温超导物质等创新型功能性物质。

此次的研究成果预定发布在日本应用物理学会的国际杂志《Applied Physics Express》(2018年9月号)上,作为Spotlight论文率先通过网络进行了发布。

文 客观日本编辑部

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