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日本利用材料信息學(xué)發(fā)現(xiàn)新型超導(dǎo)物質(zhì)

2018-09-13 11:34:25 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：客觀日本分享至：

日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）與愛(ài)媛大學(xué)組成的研發(fā)小組，利用通過(guò)數(shù)據(jù)科學(xué)探索新物質(zhì)的材料信息學(xué)（MI）方法，成功發(fā)現(xiàn)了在加壓狀態(tài)下顯現(xiàn)特性的新型超導(dǎo)物質(zhì)。本次發(fā)現(xiàn)證明，運(yùn)用材料信息學(xué)可以高效發(fā)現(xiàn)新型超導(dǎo)物質(zhì)，不僅是超導(dǎo)物質(zhì)，該方法還有望用于各種新材料的開(kāi)發(fā)。

以前，研究人員一直根據(jù)論文中記載的晶體結(jié)構(gòu)和原子價(jià)數(shù)等信息，憑經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)探索新型超導(dǎo)物質(zhì)。因此，必須像進(jìn)行地毯式轟炸那樣全面合成，既浪費(fèi)時(shí)間又浪費(fèi)金錢，是一項(xiàng)非常困難的作業(yè)，所以需要開(kāi)發(fā)一種能以更高的效率發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)的新方法。

本研究著眼于積累了10多萬(wàn)種無(wú)機(jī)物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的無(wú)機(jī)材料數(shù)據(jù)庫(kù)AtomWork。首先將范圍縮小到可以實(shí)際計(jì)算電子狀態(tài)的約1500種候選物質(zhì)組，然后通過(guò)計(jì)算這些物質(zhì)的電子狀態(tài)，確定了27種有望實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的物質(zhì)。研究人員從這27種物質(zhì)中，選擇了容易實(shí)際合成的物質(zhì)，最終確定了SnBi2Se4和PbBi2Te4這2種物質(zhì)。

研發(fā)小組對(duì)這2種物質(zhì)進(jìn)行合成，利用此前開(kāi)發(fā)的在高壓力下測(cè)量電阻的裝置，成功發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)。另外還發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度會(huì)隨著壓力的上升而升高。此次采用的材料信息學(xué)是一種全新的方法，證明在數(shù)據(jù)科學(xué)的主導(dǎo)下，可以不受固定概念束縛，探索具有超導(dǎo)特性的物質(zhì)，并精準(zhǔn)、高效地使之實(shí)現(xiàn)。

圖1：通過(guò)計(jì)算從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇候選物質(zhì)后施加高壓力發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)的概念

實(shí)驗(yàn)表明，在本次研究中發(fā)現(xiàn)的2種物質(zhì)不但是新型超導(dǎo)材料，還能作為新型熱電物質(zhì)的候選材料。利用本研究使用的方法，還有望開(kāi)發(fā)超導(dǎo)以外的各種功能性物質(zhì)。今后打算擴(kuò)大對(duì)象物質(zhì)的范圍，更加精準(zhǔn)地導(dǎo)入顯現(xiàn)物性所需的參數(shù)，例如發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)物質(zhì)等創(chuàng)新型功能性物質(zhì)。

此次的研究成果預(yù)定發(fā)布在日本應(yīng)用物理學(xué)會(huì)的國(guó)際雜志《Applied Physics Express》（2018年9月號(hào)）上，作為 Spotlight 論文率先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了發(fā)布。

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責(zé)任編輯韓鑫

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