Stopy o wysokiej entropii dla nowych nadprzewodników 16.01.2021

Naukowcy z Tokyo Metropolitan University opracowali nowy nadprzewodnik ze stopu o wysokiej entropii, wykorzystując obszerne dane dotyczące prostych substancji nadprzewodzących o określonej strukturze krystalicznej. Wiadomo, że stopy o wysokiej entropii zachowują właściwości nadprzewodzące nawet przy ekstremalnie wysokich ciśnieniach. Nowy nadprzewodnik Co0.2Ni0.1Cu0.1Rh0.3Ir0.3Zr2 ma przejście nadprzewodnikowe w temperaturze 8K, która jest stosunkowo wysoką temperaturą dla stopów. Podejście zespołu można zastosować do odkrycia nowych materiałów nadprzewodzących o określonych pożądanych właściwościach.

Minęło ponad sto lat od odkrycia nadprzewodnictwa, kiedy to odkryto, że niektóre materiały nagle wykazują minimalną odporność na prądy elektryczne poniżej temperatury przejścia. Ponieważ badamy sposoby na wyeliminowanie marnotrawstwa energii, sposób na znaczne zmniejszenie strat przesyłowych jest ekscytującą perspektywą. Jednak szerokie zastosowanie nadprzewodnictwa jest ograniczone wymaganiami istniejących nadprzewodników, zwłaszcza wymaganymi niskimi temperaturami. Naukowcy potrzebują sposobu na odkrywanie nowych materiałów nadprzewodzących bez brutalnych prób i błędów oraz modyfikowanie kluczowych właściwości.

Zespół kierowany przez profesora nadzwyczajnego Yoshikazu Mizuguchi z Tokyo Metropolitan University stworzył „platformę odkryć”, która już doprowadziła do powstania wielu nowych substancji nadprzewodzących. Ich metoda opiera się na stopach o wysokiej entropii, gdzie pewne pozycje w prostych strukturach krystalicznych mogą być zajęte przez pięć lub więcej pierwiastków. Stwierdzono, że niektóre stopy o wysokiej entropii, po nałożeniu na materiały żaroodporne i urządzenia medyczne, mają właściwości nadprzewodzące o wyjątkowych właściwościach, w szczególności zachowują zerową rezystywność w ekstremalnych ciśnieniach. Zespół przeszukuje bazy danych materiałów i najnowocześniejsze badania, a także znajduje szereg materiałów nadprzewodzących o wspólnej strukturze krystalicznej, ale różnych pierwiastkach w określonych lokalizacjach. Następnie mieszają się i tworzą strukturę zawierającą wiele z tych elementów; w całym krysztale te „węzły stopów o wysokiej entropii” są zajęte przez jeden z mieszanych pierwiastków. Udało im się już stworzyć wysokoentropijne warianty nadprzewodników warstwowych ze związków siarczku bizmutu i tellurku o strukturze krystalicznej chlorku sodu.

Naukowcy skupili się na strukturze aluminidku miedzi (CuAl2). Wiadomo, że związki łączące pierwiastek metalu przejściowego (Tr) i cyrkon (Zr) w TrZr2 o tej strukturze są nadprzewodzące, gdzie Tr może oznaczać Sc, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, Rh, Pd, Ta lub Ir. Zespół połączył „koktajl” tych pierwiastków za pomocą topienia łukowego, aby stworzyć nowy związek typu stopu o wysokiej entropii, Co0.2Ni0.1Cu0.1Rh0.3Ir0.3Zr2, który wykazywał właściwości nadprzewodzące. Przyjrzeli się zarówno oporności, jak i elektronowej pojemności cieplnej, ilości energii zużywanej przez elektrony w materiale do podniesienia temperatury i określili temperaturę przejścia na 8,0 K. Jest to nie tylko stosunkowo wysoka wartość dla stopu o wysokiej entropii. nadprzewodnik, potwierdzili, że ten materiał ma oznaki „masowego” nadprzewodnictwa.

Najbardziej ekscytującym aspektem tego jest szeroka gama innych metali przejściowych i stosunków, które można wypróbować i modyfikować, aby osiągnąć wyższe temperatury przejścia i inne pożądane właściwości, a wszystko to bez zmiany podstawowej struktury krystalicznej. Zespół ma nadzieję, że ich sukces doprowadzi w niedalekiej przyszłości do kolejnych odkryć nowych nadprzewodników opartych na stopach o wysokiej entropii.