Evolutionary search for high-temperature superconductivity in ternary hydrides

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03868
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: The University of Tokyo (2021-2022); National Institute for Materials Science (2020)
• Principal Investigator: Ishikawa Takahiro 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (40423082)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 水素化物 / 高温超伝導 / 組成・構造探索 / 進化的アルゴリズム

Outline of Final Research Achievements

I verified superconductivity of the K-Sc-H ternary system, which has been considered as a potential candidate for high-temperature superconductivity, using first-principles calculations and evolutionary algorithms. First, I developed a methodology for efficient exploration of stable compositions and structures in compounds and its calculation code and applied it to the K-Sc-H system at 150 GPa. As the results of the search, I found K2ScHx (x = 42-46) as metastable phases which can be synthesized by high-pressure and high-temperature experiments. All the ternary hydrides show the superconductivity and the highest value of the superconducting critical temperature is predicted to be 116 K in K2ScH43.

Free Research Field

計算物質科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

室温超伝導の実現は社会が抱えるエネルギー問題・環境問題を改善するための重要な目標であり、ランタン水素化物で260 Kの高温超伝導が発見されたことによって室温超伝導の新たな候補のひとつとして水素化物が注目されている。本研究では研究例の少ない3元系に焦点を当てて、新規水素化物超伝導の探索を実施し、K-Sc-H系で100 Kを超える新物質を予測することに成功した。この研究で得られた知見や計算データは更なる高温超伝導物質の探索に活用できる。また、進化的アルゴリズムで新物質を発見できたことは物質科学分野だけでなく人工知能分野や産業界、一般社会にも大きな意義がある。