I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno mescolato e progettato un nuovo, superconduttore in lega ad alta entropia (HEA), utilizzando dati estesi su semplici sostanze superconduttrici con una struttura cristallina specifica. Gli HEA sono noti per preservare le caratteristiche superconduttive fino a pressioni estremamente elevate. Il nuovo superconduttore, Co _0.2 Ni _0.1 Cu _0.1 RH _0,3 Ir _0,3 Zr ₂ , ha una transizione superconduttiva a 8K, una temperatura relativamente alta per un HEA. L'approccio del team può essere applicato alla scoperta di nuovi materiali superconduttori con proprietà specifiche desiderabili.

Sono passati più di cento anni dalla scoperta della superconduttività, dove è stato scoperto che alcuni materiali mostrano improvvisamente una resistenza minima alle correnti elettriche al di sotto di una temperatura di transizione. Mentre esploriamo i modi per eliminare lo spreco di energia, un modo per ridurre drasticamente le perdite nella trasmissione di potenza è una prospettiva affascinante. Ma l'uso diffuso della superconduttività è frenato dalle richieste dei superconduttori esistenti, particolarmente le basse temperature richieste. Gli scienziati hanno bisogno di un modo per scoprire nuovi materiali superconduttori senza tentativi ed errori di forza bruta, e sintonizzare le proprietà chiave.

Un team guidato dal Professore Associato Yoshikazu Mizuguchi presso la Tokyo Metropolitan University ha aperto la strada a una "piattaforma di scoperta" che ha già portato alla progettazione di molte nuove sostanze superconduttrici. Il loro metodo si basa su leghe ad alta entropia (HEA), dove alcuni siti in semplici strutture cristalline possono essere occupati da cinque o più elementi. Dopo essere stato applicato su materiali resistenti al calore e dispositivi medici, si è scoperto che alcuni HEA hanno proprietà superconduttive con alcune caratteristiche eccezionali, in particolare un mantenimento della resistività nulla a pressioni estreme. Il team esamina database di materiali e ricerche all'avanguardia e trova una gamma di materiali superconduttori con una struttura cristallina comune ma elementi diversi su siti specifici. Quindi mescolano e progettano una struttura che contiene molti di quegli elementi; in tutto il cristallo, quei "siti HEA" sono occupati da uno degli elementi misti (vedi Figura 1). Sono già riusciti a creare varianti ad alta entropia di superconduttori a strati di solfuro di bismuto e composti di tellururo con una struttura cristallina di cloruro di sodio.

Nel loro ultimo lavoro, si sono concentrati sull'alluminuro di rame (CuAl ₂ ) struttura. Composti che combinano un elemento di metallo di transizione (Tr) e zirconio (Zr) in TrZr ₂ con questa struttura sono noti per essere superconduttori, dove Tr potrebbe essere Sc, Fe, Co, Ni, Cu, Ga, RH, Pd, Ta, o Ir. Il team ha combinato un "cocktail" di questi elementi utilizzando la fusione ad arco per creare un nuovo composto di tipo HEA, Co _0.2 Ni _0.1 Cu _0.1 RH _0,3 Ir _0,3 Zr ₂ , che ha mostrato proprietà superconduttive. Hanno esaminato sia la resistività che il calore specifico elettronico, la quantità di energia utilizzata dagli elettroni nel materiale per aumentare la temperatura, e ha identificato una temperatura di transizione di 8.0K. Non solo questo è relativamente alto per un superconduttore di tipo HEA, hanno confermato che il materiale aveva i segni distintivi della superconduttività "alla rinfusa".

L'aspetto più eccitante di questo è la vasta gamma di altri metalli di transizione e rapporti che possono essere provati e sintonizzati per puntare a temperature di transizione più elevate e altre proprietà desiderabili, il tutto senza modificare la struttura cristallina sottostante. Il team spera che il loro successo porterà a ulteriori scoperte di nuovi superconduttori di tipo HEA nel prossimo futuro.