Recherche de matériaux plomb avec des propriétés spécifiques, les chercheurs ont développé un flux de travail qui intègre l'intelligence artificielle pour guider la découverte d'une nouvelle structure céramique avec une conductivité thermique particulièrement faible. Comme ils l'expliquent dans le journal Angewandte Chemie , le matériau a une structure quasi-cristalline inhabituelle, ouvrant potentiellement la voie à de nouveaux matériaux thermo-isolants et thermoélectriques.

Les céramiques à faible conductivité thermique sont constamment recherchées pour les revêtements de protection thermique ou les applications thermoélectriques. En d'autres termes, pour générer du courant à partir de la chaleur. Matthew J. Rosseinsky de l'Université de Liverpool, ROYAUME-UNI, et ses collègues, ont pris le groupe chimique des titanates comme point de départ de cette recherche. Sur la base de calculs énergétiques, ils ont concentré leurs recherches sur les titanates contenant des fractions d'oxydes d'yttrium et de baryum.

Pour affiner les candidats avec des compositions qui donneraient un matériau avec une conductivité thermique potentiellement encore plus faible, les chercheurs se sont tournés vers l'intelligence artificielle, formation de modèles d'apprentissage automatique avec des céramiques de composition connue et de conductivité thermique connue. Les modèles ont confirmé leur décision initiale fondée sur les connaissances de se limiter aux titanates de baryum et d'yttrium.

Les résultats de l'IA ont également montré que la composition peut avoir un impact supplémentaire sur la conductivité thermique. "Cela nous a poussé à privilégier l'une des deux régions de composition identifiées par les calculs énergétiques pour les travaux expérimentaux, " dit Rosseinsky. Ainsi, les chercheurs ont synthétisé un nouvel oxyde, encore inconnu, composé de dix parties de baryum, six parties d'yttrium, quatre parties en titane, et 27 parties d'atomes d'oxygène.

Le nouveau matériau s'est avéré métastable, et sa structure s'est avérée particulièrement surprenante. Dans les cristaux "normaux", les atomes sont disposés périodiquement. Cependant, dans le nouveau matériau, l'équipe a observé une structure "quasicristalline". Les quasi-cristaux ont un arrangement ordonné d'atomes, mais pas une périodicité tridimensionnelle complète. Ce n'est que lorsque les quasicristaux sont considérés en termes d'« ordre à longue distance » que la périodicité continue typique des cristaux peut être reconnue. L'équipe a souligné l'importance de ces résultats :« Des quasicristaux d'oxyde ont été observés aux interfaces, cependant, le matériau présenté ici est le premier qui a été proposé comme un quasi-cristal dans la masse."

Le nouveau titanate s'est avéré avoir une conductivité thermique inférieure à celle de presque tous les autres oxydes de métaux de transition connus de ce type, avec un seul oxyde de molybdène à structure cristalline complexe donnant de meilleurs résultats. Les auteurs ont également expliqué la conductivité thermique de leur matériau en termes théoriques, comparer le comportement du quasicristal à celui du verre. Les verres ont une structure matérielle non ordonnée, et sont connus pour être de bons isolants thermiques.

L'équipe a souligné le rôle du déploiement d'un ensemble intégré d'outils, basé sur la connaissance et la compréhension de la chimie, et en incorporant des modèles d'apprentissage automatique. "Notre étude montre comment l'IA peut aider à la prise de décision pour accélérer la découverte, ", dit Rosseinsky.