Этот метод предполагает замену серы и теллура для образования совершенно новых кристаллических структур.
Американские ученые переписали правила открытия новых материалов, создав революционный способ получения сверхпроводников путем замены элементов внутри кристалла.
Группа исследователей из Аргоннской национальной лаборатории (ANL) и Северо-Западного университета тщательно изменила атомную структуру в семействе неорганических материалов, состоящих из бария (Ba), сурьмы (Sb) и смеси серы (S) и теллура (Te).
В результате применения этой методики было получено 10 уникальных соединений с совершенно разными структурами, несмотря на то, что соотношение элементов в каждом соединении оставалось неизменным. По словам исследователей, это открытие может помочь им целенаправленно изменять свойства материалов и ускорить прогресс в материаловении.
«Мы хотим найти новые семейства», — сказал Меркури Канацидис, доктор философии, специалист по материаловедению из ANL и профессор Северо-Западного университета. «Мы стараемся опережать ИИ, чтобы в случае успеха ИИ можно было обучить на основе наших знаний».
Новые правила открытия
Многие передовые материалы, включая первые сверхпроводники, способные проводить электричество с нулевым сопротивлением, были обнаружены случайно. Теперь же, вместо того чтобы полагаться на случайный прогресс, команда работала над созданием новых материалов путем контроля их атомной структуры.
Канацидис заявил, что поиск материалов с квантовыми свойствами, таких как магниты и сверхпроводники, остается «горячей областью» в физике. «Сверхпроводимость, вероятно, является самой большой целью, но и самой сложной для достижения путем целенаправленного проектирования», — заявил он.
Для этого проекта команда использовала барий, сурьму, серу и теллур для создания нескольких структур из одной формулы BaSbQ3, где Q — сера или теллур. Соотношение Ba:Sb:Q было зафиксировано на уровне 1:1:3.
Источник: Аргоннская национальная лаборатория
Исследователи изменили лишь количество атомов серы и теллура, а также их расположение в кристалле. Они взяли за основу соединение Ba-Sb-Te и заменили часть атомов теллура на серу. Несмотря на схожую электронную структуру, элементы не образовали типичный смешанный твердый раствор.
«Удивление вызвало то, что по мере добавления серы почти каждый образец оказывался другим соединением», — сказал Сюцюань Чжоу, доктор философии, научный сотрудник ANL. «Каждая структура была разной, но при более детальном рассмотрении мы поняли, что они связаны математической зависимостью, которая помещает их все в одно семейство, называемое гомологическим рядом».
Предсказуемые закономерности
В результате изменений образовалась совершенно новая последовательность различных кристаллических структур, каждая из которых связана с другими, и ученые назвали ее гомологическим рядом. Для проверки результатов они использовали малоугловое рентгеновское рассеяние на линии синхротронного излучения DuPont-Northwestern-Dow Collaborative Access Team и высокоразрешающую порошковую рентгеновскую дифракцию на линии 11-BM.
Для проверки состава материалов они обратились к сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией в Центре наноматериалов (CNM). Также они использовали просвечивающую электронную микроскопию в Экспериментальном центре атомной и наноразмерной характеризации Северо-Западного университета для получения изображений материалов на атомном уровне и подтверждения их структуры.
Ученые идентифицировали 10 соединений с соотношением 1:1:3, каждое из которых имеет свою уникальную структуру. «Каждое соединение является новым, поэтому каждое из них заслуживает изучения с целью исследования сверхпроводимости, квантовых явлений и других экзотических эффектов», — заявил в пресс-релизе Хенди Чжао, доктор философии, научный сотрудник ANL.
Поскольку искусственный интеллект по-прежнему опирается на существующие данные, эта работа подчеркивает сохраняющуюся важность человеческой интуиции, особенно в открытии совершенно новых семейств материалов. Их цель сейчас — создать более понятную структуру для поиска материалов с электронными свойствами, подходящими для будущих технологий.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Sourse: interestingengineering.com
