Data scientific structure search for ternary hydride high-temperature superconductors

三元氢化物高温超导体的数据科学结构搜索

基本信息

批准号：
22KJ1481
负责人：
SONG PENG
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

高いフォノン振動数は、超伝導転移温度の向上に有利である。フォノン振動数はイオン質量の逆数にスケールするので、究極的軽元素たる水素が有利となる。この見立てを背景に、高圧印加で金属化させた圧力誘起の水素化物超伝導体が模索されている。先行研究では、元素種の組合せに関する場合の数が少なく探索範囲の狭い二元化合物にのみ展開されてきた。三元化合物にまで探索を拡げれば、高い転移温度を手にするチャンスは更に増し、実際、そうした物質も発見的に二、三見つかってはいるが、戦略的探索を画策すれば、場合の数は膨大で尻込みを招き、殆ど手がつけられていない。そこで本研究では、機械学習を駆使して、二元探索の範囲を超え、三元水素化物超伝導体でより高い転移温度を実現する超伝導体を見つけ出す試みを展開している。自身の結晶化学的な素養を活かし、固溶の熱力学的安定性、格子の動的安定性の両面が担保された新たな超伝導体を探索している。組成の候補を絞り込めば、それぞれの組成に対して遺伝的アルゴリズムによる結晶構造候補を生成し、圧力依存のエンタルピー値を評価して、比較することで、熱力学的に安定な結晶構造を決定することが可能である。ネックとなる組成候補の絞り込みに対して、三元相図上での安定相出現パターンについて一定の知見を見出しつつあり、これに基づいて物質探索を進めている。研究開始時までに［La／Y系］、［Y／Mg系］の三元水素化物超伝導体の発見に至っていたが、当該研究期間中には更に物質探索を進め、［Mg／Sc系］、［Y／Ce系］、［La／Ce系］について新規の超伝導体を発見した。3種の元素を組み合わせた超伝導体予測は、組み合わせが大量で難しい問題であるが、世界中で精力的に超伝導体探索の競争が繰り広げられる中、データ科学の手法をスパコンシミュレーションと組み合わせて次々と新しい組み合わせの発見が続く快挙となっている。

高声子频率是改善超导过渡温度的有利优势。声子频率缩放到离子质量的逆上，因此氢（最终的光元素）是有利的。在这种背景下，通过高压金属质量的压力诱导的氢化物超导体。先前的研究仅开发了二元化合物，其病例与元素物种组合和较窄的搜索范围有关。如果我们将搜索范围扩展到三元化合物，我们将有更多机会获得高过渡温度，实际上，我们发现了一些启发性的一些此类物质，但是如果我们计划进行战略搜索，那么案例的数量将是巨大的，我们几乎无法处理它们。因此，这项研究试图使用机器学习来查找可以超过二元搜索范围并使用三元氢化氢超导体达到较高过渡温度的超导体。利用自己的晶体化学品质，他正在寻找一种新的超导体，既具有固体溶液的热力学稳定性，又具有晶格的动态稳定性。通过缩小候选组合物的缩小，可以使用遗传算法为每种组合物生成候选物，然后评估依赖压力依赖性的焓值并比较它，从而确定热力学稳定的晶体结构。为了缩小候选组成的数量，我们正在找到有关三元相图上稳定相位外观模式的某些知识，并且我们正在基于此进行材料搜索。在研究开始时，进行了[la/y]和[y/mg]的三元氢化物超导体，但是在研究期间，进行了进一步的材料搜索，并发现了针对[mg/sc]，[y/ce]和[y/ce]的新超导体。结合了三个要素的超导体预测是一个困难的问题，因为它是大量组合，但是由于世界正在积极争夺超导体搜索，因此这是一项壮举，将数据科学技术与超级计算机模拟结合在一起，以发现新组合。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

High-pressure behavior of tetragonal barium carbodiimide, BaNCN

四方碳二亚胺钡BaNCN的高压行为

DOI：
10.1016/j.jallcom.2022.165632
发表时间：
2022
期刊：
Journal of Alloys and Compounds
影响因子：
6.2
作者：
Masubuchi Yuji;Miyazaki Suzuka;Song Peng;Yamamoto Takafumi;Nakano Kosuke;Hongo Kenta;Maezono Ryo
通讯作者：
Maezono Ryo

First-principles calculations of pressure dependence of superconductivity in Lanthanum-Thorium hydride

氢化镧钍超导性压力依赖性的第一性原理计算