I chimici dell’U.S. Department of Energy’s Argonne National Laboratory, Northwestern University e The University of Chicago hanno creato un nuovo metodo per la scoperta di materiali.
Questo metodo consente infatti l’identificazione e la sintesi di materiali cristallini contenenti due o più elementi.
Nuovi strumenti dovuti al progresso tecnologico consentono di raggiungere traguardi finora inimmaginabili e irraggiungibili.
Nella scoperta dei materiali, il tradizionale lavoro è infatti potenziato da processi automatizzati, paralleli e iterativi guidati dall’intelligenza artificiale, simulazione e automazione sperimentale.
Il processo avviene in più fasi;
- richiesta di una ricerca specifica
- raccolta di dati esistenti pertinenti
- formazione di un’ipotesi
- sperimentazione e verifica di questa ipotesi
La fase sperimentale può, a sua volta, può portare alla conoscenza e alla creazione di una nuova ipotesi.
Questi nuovi approcci possono portare alla sintesi di materiali nuovi e attualmente imprevedibili con proprietà esotiche.
Superconduttori non convenzionali
La scoperta nasce dalla ricerca sui superconduttori non convenzionali che fin dalla loro scoperta hanno mostrato sorprendenti proprietà magnetiche ed elettriche.
La superconduttività non convenzionale si riferisce ai superconduttori in cui le coppie di Cooper non sono legate insieme dallo scambio di fononi. Sono invece legate da uno scambio di altro genere come, ad esempio fluttuazioni di spin.
Tale superconduttività non convenzionale è nota sperimentalmente da quando nel 1979 è stato scoperto che il fermione pesante CeCu2Si2, con i suoi elettroni 4f fortemente correlati, è superconduttore al di sotto di 0.6 K.
Tali materiali hanno svariate possibili applicazioni, come una migliore generazione di energia, trasmissione di energia e trasporto ad alta velocità.
Possono inoltre essere incorporati acceleratori di particelle, sistemi di imaging a risonanza magnetica, computer quantistici e microelettronica ad alta efficienza energetica.
La scoperta
I ricercatori hanno applicato il loro metodo a composti cristallini composti da tre a cinque elementi preparando cristalli singoli.
Per la caratterizzazione si sono avvalsi della Chicago’s ChemMatCARS beamline e dell’Advanced Photon Source presso l’Argonne National Laboratory, struttura di sorgenti luminose a raggi X ad alta energia basata su un anello di immagazzinamento.
In questo modo hanno tracciato anche l’evoluzione delle strutture che si sono formate nel corso della reazione.
Questo nuovo metodo per la scoperta di materiali costituisce una incredibile innovazione e può essere applicato a una molteplicità di solidi cristallini.
Si possono così ottenere diverse strutture cristalline con proprietà diverse necessarie allo sviluppo di materiali di prossima generazione applicabili non solo ai superconduttori, ma anche alla microelettronica, alle batterie e ai magneti.