遷移金属の「カクテル」は新しい超伝導体の製造に役立つ: 高エントロピー合金の概念は新しい超伝導体の発見プラットフォームを提供する

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HEA型Trサイトを持つ、新しく作成された超伝導Co2Ni0.2Cu0.1Rh0.1Ir0.3Zr0.3化合物のCuAl2型結晶構造の概略図。クレジット
首都大学東京

要約：
東京都立大学の研究者は、特定の結晶構造を持つ単純な超伝導物質に関する広範なデータを使用して、新しい高エントロピー合金（HEA）超伝導体を混合して設計しました。 HEAは、非常に高い圧力まで超伝導特性を維持することが知られています。新しい超伝導体Co0.2Ni0.1Cu0.1Rh0.3Ir0.3Zr2は、HEAとしては比較的高温である8Kで超伝導転移を示します。チームのアプローチは、特定の望ましい特性を備えた新しい超伝導材料の発見に適用できます。

遷移金属の「カクテル」は、真新しい超伝導体の製造に役立ちます。高エントロピー合金の概念は、新しい超伝導体の発見プラットフォームを提供します

東京、日本| 8年2021月XNUMX日に投稿

超伝導が発見されてからXNUMX年以上が経過しました。超伝導では、特定の材料が転移温度以下の電流に対して突然最小の抵抗を示すことがわかりました。電力の浪費をなくす方法を模索しているとき、送電の損失を劇的に減らす方法は魅力的な展望です。しかし、超伝導の普及は、既存の超伝導体の要求、特に必要な低温によって妨げられています。科学者は、ブルートフォースの試行錯誤なしに新しい超電導材料を発見し、主要な特性を調整する方法を必要としています。

東京都立大学の水口義和准教授が率いるチームは、すでに多くの新しい超伝導物質の設計につながっている「発見プラットフォーム」を開拓してきました。彼らの方法は、高エントロピー合金（HEA）に基づいており、単純な結晶構造の特定のサイトが1つ以上の元素で占められている可能性があります。耐熱材料や医療機器に適用された後、特定のHEAは、いくつかの例外的な特性、特に極端な圧力下でのゼロ抵抗率の保持を備えた超伝導特性を持っていることがわかりました。チームは材料データベースと最先端の研究を調査し、共通の結晶構造を持つが特定の場所で異なる元素を持つ一連の超伝導材料を見つけます。次に、それらの要素の多くを含む構造を混合して設計します。結晶全体で、これらの「HEAサイト」は混合された元素のXNUMXつによって占められています（図XNUMXを参照）。彼らはすでに、層状硫化ビスマス超伝導体と塩化ナトリウム結晶構造を持つテルライド化合物の高エントロピーバリアントの作成に成功しています。

彼らの最新の研究では、彼らは銅アルミナイド（CuAl2）構造に焦点を合わせました。遷移金属元素（Tr）とジルコニウム（Zr）をこの構造でTrZr2に結合する化合物は、超伝導であることが知られており、TrはSc、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Rh、Pd、Ta、またはIrである可能性があります。チームは、アーク溶解法を使用してこれらの元素の「カクテル」を組み合わせて、超伝導特性を示す新しいHEAタイプの化合物Co0.2Ni0.1Cu0.1Rh0.3Ir0.3Zr2を作成しました。彼らは、抵抗率と電子比熱の両方、つまり材料内の電子が温度を上げるために使用するエネルギー量を調べ、8.0Kの転移温度を特定しました。これはHEA型超伝導体としては比較的高いだけでなく、この材料が「バルク」超伝導の特徴を持っていることを確認しました。

これの最もエキサイティングな側面は、基礎となる結晶構造を変更することなく、より高い遷移温度やその他の望ましい特性を目指すために試して調整できる、他のさまざまな遷移金属と比率です。チームは、彼らの成功が近い将来、新しいHEA型超伝導体のより多くの発見につながることを望んでいます。

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この作品は、日本学術振興会科研費助成金（助成番号：18KK0076）と東京人事基金先端研究プログラム助成金[助成番号：H31-1]の助成を受けました。

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