I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno creato nuovi superconduttori costituiti da strati di solfuro di bismuto (BiS ₂ ) e un ossifluoruro di lega di terre rare ad alta entropia, contenente cinque elementi di terre rare (RE) nello stesso sito cristallografico. Il nuovo materiale mantiene le proprietà superconduttive su una gamma più ampia di parametri reticolari rispetto ai materiali senza stati di lega ad alta entropia. Il loro lavoro promette una nuova entusiasmante strategia per la progettazione di nuovi superconduttori a strati, uno sviluppo potenzialmente chiave nella ricerca di superconduttori ad alta temperatura.

I superconduttori sono fondamentali per una gamma di interessanti potenziali applicazioni. Per esempio, la resistività zero promette una trasmissione di potenza senza perdite e potenti elettromagneti. La sfida è stata quella di scoprire un materiale che mantenga questa proprietà a temperature più elevate, più vicino alla temperatura ambiente. Nonostante il lavoro mirato e una serie di scoperte negli ultimi anni, è ancora aperta la caccia a strategie efficaci per creare nuovi materiali superconduttori.

Una strategia è l'uso di materiali stratificati con una struttura molecolare costituita da strati superconduttori alternati e "strati bloccanti" che agiscono come distanziatori isolanti. Un team guidato dal Professore Associato Yoshikazu Mizuguchi del Dipartimento di Fisica, Università metropolitana di Tokyo, ha scoperto un aspetto importante della progettazione dello strato isolante. Sono stati in grado di combinare cinque diversi elementi di terre rare (RE), lantanio, cerio, praseodimio, neodimio, e samario, e creare una "lega ad alta entropia" nello strato di blocco. Le leghe ad alta entropia hanno attirato notevole attenzione negli ultimi anni per la loro tenacità, resistenza alla fatica e duttilità, tra molte altre notevoli proprietà fisiche.

I nuovi materiali del team, con diverse proporzioni di RE (dal 10 al 30 percento), mostrato proprietà superconduttive migliorate; in particolare, i materiali con lo stesso periodo nella loro struttura molecolare hanno mostrato una transizione superconduttiva a temperature più elevate quando lo strato bloccante conteneva una lega ad alta entropia. Ritengono che la lega ad alta entropia aiuti a stabilizzare la struttura cristallina dello strato superconduttore.

L'impatto del lavoro non si limita ai nuovi materiali che presentano. Data l'esistenza di un gran numero di strati superconduttori compatibili con gli ossidi RE, questa innovazione apre la strada a un'ampia nuova strategia per la progettazione di nuovi, materiali superconduttori rivoluzionari.