Инструмент прогнозирования ускорит исследования в области сверхпроводников

Функциональность многих современных передовых технологий — от литий-ионных аккумуляторов до сверхпроводников нового поколения — зависит от физического свойства, известного как интеркаляция.

К сожалению, сложно заранее определить, какие из множества возможных интеркалированных материалов являются стабильными, что приводит к необходимости проведения большого количества лабораторных исследований методом проб и ошибок при разработке продукта.

Теперь, в исследовании, недавно опубликованном в журнале ACS Physical Chemistry Au, ученые из Института промышленных наук Токийского университета и их партнеры разработали простое уравнение, которое правильно предсказывает стабильность интеркалированных материалов. Систематическое руководство по проектированию, созданное в результате этой работы, ускорит разработку новой высокопроизводительной электроники и устройств для хранения энергии.

Чтобы оценить достижения исследовательской группы, необходимо понять контекст этого исследования. Интеркаляция — это обратимое введение гостей (атомов или молекул) в хозяев (например, двумерные слоистые материалы). Целью интеркаляции обычно является изменение свойств или структуры носителя для улучшения характеристик устройства, как это наблюдается, например, в коммерческих литий-ионных батареях.

Хотя существует множество синтетических методов для приготовления интеркалированных материалов, у исследователей не было надежных способов предсказать, какие комбинации хозяин-гость будут стабильными. Поэтому для разработки новых интеркалированных материалов для придания им функциональности устройств нового поколения приходится проводить много лабораторных работ. Минимизировать эту работу, предложив простой инструмент прогнозирования стабильности хозяина-гостя, и было целью исследования группы ученых.

Мы впервые разработали точные инструменты прогнозирования энергии интеркаляции хозяин-гость и стабильности интеркалированных соединений, — объясняет Наото Кавагучи, ведущий автор исследования.

Наш анализ, основанный на базе данных из 9000 соединений, использует простые принципы из курса химии для студентов первого курса.

Особым преимуществом работы является то, что для расчетов энергии и стабильности исследователям потребовалось всего два свойства гостя и восемь дескрипторов, полученных от хозяина. Другими словами, первоначальные «лучшие догадки» не требовались; только базовая физика систем „хозяин-гость“. Кроме того, исследователи проверили свою модель с помощью почти 200 наборов коэффициентов регрессии.

Мы очень рады, потому что формулировка нашей регрессионной модели проста и физически обоснована, — говорит Теруясу Мизогучи, старший автор работы.

Другие вычислительные модели в литературе не имеют физической основы и не проверяются на неизвестных интеркалированных соединениях.

Эта работа — важный шаг вперед в деле минимизации трудоемкой лабораторной работы, которая обычно требуется для приготовления интеркалированных материалов. Учитывая, что многие современные и перспективные устройства для хранения энергии и электроники зависят от таких материалов, время и средства, необходимые для соответствующих исследований и разработок, будут сведены к минимуму. Следовательно, продукты с расширенными функциональными возможностями будут выходить на рынок быстрее, чем это было возможно ранее.

01.04.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий

Новости компаний, релизы

Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
Ученые СПбГУ смоделировали сценарии появления таликов в вечной мерзлоте Антарктиды
Треть работодателей тратят на адаптацию одного нового сотрудника до 100 тысяч рублей
Палеонтолог СПбГУ описал новый вид динозавров-бегунов из Кемеровской области