Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont mélangé et conçu un nouveau supraconducteur en alliage à haute entropie (HEA), en utilisant de nombreuses données sur des substances supraconductrices simples avec une structure cristalline spécifique. Les HEA sont connus pour préserver les caractéristiques supraconductrices jusqu'à des pressions extrêmement élevées. Le nouveau supraconducteur, Co 0,2 Ni 0,1 Cu 0,1 Rhésus 0,3 Je 0,3 Zr 2 , a une transition supraconductrice à 8K, une température relativement élevée pour un HEA. L'approche de l'équipe peut être appliquée à la découverte de nouveaux matériaux supraconducteurs dotés de propriétés spécifiques souhaitables.

Cela fait plus de cent ans depuis la découverte de la supraconductivité, où certains matériaux se sont avérés soudainement montrer une résistance minimale aux courants électriques en dessous d'une température de transition. Alors que nous explorons des moyens d'éliminer le gaspillage d'énergie, un moyen de réduire considérablement les pertes dans la transmission de puissance est une perspective fascinante. Mais l'utilisation généralisée de la supraconductivité est freinée par les exigences des supraconducteurs existants, en particulier les basses températures requises. Les scientifiques ont besoin d'un moyen de découvrir de nouveaux matériaux supraconducteurs sans essais et erreurs de force brute, et régler les propriétés des touches.

Une équipe dirigée par le professeur agrégé Yoshikazu Mizuguchi à l'Université métropolitaine de Tokyo a été la pionnière d'une "plate-forme de découverte" qui a déjà conduit à la conception de nombreuses nouvelles substances supraconductrices. Leur méthode est basée sur des alliages à haute entropie (HEA), où certains sites dans des structures cristallines simples peuvent être occupés par cinq éléments ou plus. Après avoir été appliqué sur des matériaux résistants à la chaleur et des dispositifs médicaux, certains HEA se sont avérés avoir des propriétés supraconductrices avec des caractéristiques exceptionnelles, en particulier une rétention de résistivité nulle sous des pressions extrêmes. L'équipe étudie les bases de données de matériaux et les recherches de pointe et trouve une gamme de matériaux supraconducteurs avec une structure cristalline commune mais des éléments différents sur des sites spécifiques. Ils mélangent et conçoivent ensuite une structure qui contient bon nombre de ces éléments ; dans tout le cristal, ces « sites HEA » sont occupés par l'un des éléments mixtes (voir Figure 1). Ils ont déjà réussi à créer des variantes à haute entropie de supraconducteurs en couches de sulfure de bismuth et de composés de tellurure avec une structure cristalline de chlorure de sodium.

Dans leur dernier ouvrage, ils se sont concentrés sur l'aluminure de cuivre (CuAl 2 ) structure. Composés combinant un élément de métal de transition (Tr) et du zirconium (Zr) en TrZr 2 avec cette structure sont connus pour être supraconducteurs, où Tr pourrait être Sc, Fe, Co, Non, Cu, Géorgie, Rh, Pd, Ta, ou Ir. L'équipe a combiné un "cocktail" de ces éléments en utilisant la fusion à l'arc pour créer un nouveau composé de type HEA, Co 0,2 Ni 0,1 Cu 0,1 Rhésus 0,3 Je 0,3 Zr 2 , qui a montré des propriétés supraconductrices. Ils ont examiné à la fois la résistivité et la chaleur spécifique électronique, la quantité d'énergie utilisée par les électrons dans le matériau pour élever la température, et identifié une température de transition de 8,0K. Non seulement c'est relativement élevé pour un supraconducteur de type HEA, ils ont confirmé que le matériau avait les caractéristiques de la supraconductivité « en vrac ».

L'aspect le plus excitant de ceci est la vaste gamme d'autres métaux de transition et de rapports qui peuvent être essayés et ajustés pour viser des températures de transition plus élevées et d'autres propriétés souhaitables, le tout sans changer la structure cristalline sous-jacente. L'équipe espère que leur succès conduira à plus de découvertes de nouveaux supraconducteurs de type HEA dans un avenir proche.