Η έξυπνη υπολογιστική εντόπισε δύο νέους υπεραγωγούς, ανοίγοντας έναν ταχύτερο δρόμο για την εξέταση δισεκατομμυρίων υποψήφιων υλικών - Απώτερος σκοπός η ανακάλυψη όλο και περισσότερων υπεραγωγών που αποδίδουν σε θερμοκρασία δωματίου (Interesting Engineering)
Ερευνητές ανακάλυψαν δύο νέους υπεραγωγούς χρησιμοποιώντας μια μέθοδο φιλτραρίσματος βασισμένη στη μηχανική μάθηση, αποδεικνύοντας έναν ταχύτερο τρόπο εντοπισμού υλικών που θα μπορούσαν κάποια μέρα να επιτρέψουν την υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου.
Η διεθνής ομάδα, με επικεφαλής ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Aalto, συνδύασε μηχανική μάθηση με υπολογισμούς κβαντικής φυσικής για να εντοπίσει δύο προηγουμένως άγνωστους υπεραγωγούς: τους YRu3B2 και LuRu3B2.
Η προσέγγιση μειώνει σημαντικά τον χρόνο που απαιτείται για την αναζήτηση μέσα στον τεράστιο αριθμό πιθανών συνδυασμών υλικών.
Οι υπεραγωγοί μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρισμό χωρίς αντίσταση, αλλά μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες.
Ήδη χρησιμοποιούνται σε τεχνολογίες όπως κβαντικοί υπολογιστές, μαγνητικοί τομογράφοι (MRI), αντιδραστήρες σύντηξης και τρένα μαγνητικής αιώρησης (maglev).
Οι επιστήμονες αναζητούν εδώ και δεκαετίες υλικά που να διατηρούν την υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου, μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να μεταμορφώσει τη μεταφορά ενέργειας και την υπολογιστική.
Τα νέα υλικά αντλούν τις υπεραγώγιμες ιδιότητές τους από ηλεκτρόνια οργανωμένα σε πλέγμα kagome, ένα γεωμετρικό μοτίβο εμπνευσμένο από την παραδοσιακή ιαπωνική καλαθοπλεκτική.
Μετά την αναγνώριση υποσχόμενων υποψηφίων από τη μηχανική μάθηση, οι ερευνητές τα επιβεβαίωσαν μέσω θεωρητικών υπολογισμών και στη συνέχεια τα συνέθεσαν και επιβεβαίωσαν πειραματικά.
Το AI περιορίζει την αναζήτηση
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η νέα ροή εργασίας αντιμετωπίζει μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην έρευνα υπεραγωγών: τον τεράστιο αριθμό πιθανών συνδυασμών υλικών.
«Τα υπεραγώγιμα υλικά που μπορούν να λειτουργούν σε θερμοκρασία δωματίου θα άλλαζαν για πάντα τον τρόπο που καταναλώνουμε ενέργεια», εξήγησε η καθηγήτρια του Πανεπιστημίου Aalto, Päivi Törmä.
«Αν ένα τέτοιο υλικό μπορούσε να αντικαταστήσει τους συμβατικούς αγωγούς σε εφαρμογές όπως οι υπολογιστές και τα data centers, η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας θα μπορούσε να μειωθεί δραστικά και το θερμικό αποτύπωμα του τομέα ΤΠΕ να μειωθεί σημαντικά».
Το έργο αποτελεί μέρος της κοινοπραξίας SuperC, μιας διεθνούς συνεργασίας που ξεκίνησε το 2023 με στόχο την ανακάλυψη υπεραγωγού σε θερμοκρασία δωματίου έως το 2033.
Μετά τον υπολογιστικό φιλτράρισμα, συνεργάτες στο Πανεπιστήμιο Rice συνέθεσαν τα υποψήφια υλικά σε πραγματικά δείγματα.
Η πειραματική ομάδα επιβεβαίωσε στη συνέχεια ότι και οι δύο ενώσεις εμφάνισαν υπεραγωγιμότητα, παρέχοντας απόδειξη ότι η διαδικασία ανακάλυψης με καθοδήγηση μηχανικής μάθησης λειτουργεί.
Η διαδικασία ανακάλυψης επιταχύνεται
Για δεκαετίες, οι επιστήμονες βασίζονταν κυρίως στη μέθοδο δοκιμής και λάθους για την ανακάλυψη υπεραγώγιμων υλικών.
«Στη διάρκεια των δεκαετιών οι ερευνητές έχουν αναγνωρίσει πάνω από 7.000 υπεραγωγούς, αλλά κυρίως τυχαία», εξήγησε η Törmä.
«Η διαδικασία εντοπισμού πιθανών υλικών είναι τόσο υπολογιστικά απαιτητική που, στην πραγματικότητα, οι ερευνητές έχουν μπορέσει να προβλέψουν θεωρητικά τη βιωσιμότητα μόνο περίπου 20 από αυτά».
Οι ερευνητές λένε ότι η προσέγγισή τους θα μπορούσε να επεκτείνει δραματικά τον αριθμό των υλικών που μπορούν να αξιολογηθούν.
«Η μέθοδος μας χρησιμοποιεί προ-φιλτράρισμα βασισμένο στη μηχανική μάθηση, ακολουθούμενο από στοχευμένους υπολογισμούς στους πιο υποσχόμενους υποψήφιους. Αυτή η προσέγγιση θα επιταχύνει σημαντικά την ανακάλυψη υπεραγωγών στο μέλλον. Με τη μηχανική μάθηση, ίσως μπορέσουμε να επεκτείνουμε τον αριθμό των υλικών που μπορούμε να επεξεργαστούμε σε δισεκατομμύρια», είπε η Törmä.
«Αυτό θα μας φέρει ένα κρίσιμο βήμα πιο κοντά στην ανακάλυψη ενός υπεραγωγού σε θερμοκρασία δωματίου».
Αντί να αντικαθιστά τους παραδοσιακούς υπολογισμούς φυσικής, το σύστημα μηχανικής μάθησης λειτουργεί ως φίλτρο, επιτρέποντας στους ερευνητές να επικεντρώνουν τους υπολογιστικούς πόρους στους πιο υποσχόμενους υποψήφιους.
Η ομάδα πιστεύει ότι η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να ξεκλειδώσει χιλιάδες νέους υπεραγωγούς και να επιταχύνει την αναζήτηση υλικών κατάλληλων για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας στην ενέργεια και την πληροφορική.
(Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Physical Review Research)
www.worldenergynews.gr
