Tokyo Üniversitesi (Utokyo), Ulusal İleri Sanayi Bilimi ve Teknolojisi Enstitüsü (AIST), Tohoku Üniversitesi ve Kyoto Teknoloji Enstitüsü (NIMS) Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü (NIMS) ile ortak araştırmalarda, yeni aşamaları keşfetmek için “Elemental Reaktivite Haritaları” geliştirdi ve yayınladı.
Araştırma ekibi, laboratuvarda kolayca ele alınan 80 elementten seçilen üç öğeye kadar toplam 85.320 kombinasyon arasında potansiyel olarak yeni aşamalar oluşturabilecek 3.000’den fazla element kombinasyonunu tanımlamak için makine öğrenimi kullanan haritalar önerdi. Bu araştırma sonucu şurada yayınlandı Malzeme Kimyası.
İnorganik malzemeler, çoklu elementlerin reaksiyonu alarak sentezlenir. Yeni bir malzeme, eşi görülmemiş bir unsur kombinasyonu ile başarıyla sentezlenirse ve bu aşama özel fiziksel özellikler veya yararlı işlevler sergilerse, yeni bir materyal olarak pratik kullanıma sunulabilecek bir “hazine” olma potansiyeline sahiptir.
Bununla birlikte, kristal yapı veritabanlarında bulunmayan kombinasyonların çoğu, daha önce denenen ancak sadece tepki veremeyen kombinasyonlardır, bu da sentezlenebilirliği önceden yeni aşamaların etkili bir şekilde keşfetmesi için önemli bir faktör olarak tahmin etme yeteneğini sağlar.
Araştırma ekibi, bilinen materyallerin varlığı veya yokluğu ile birlikte üç tür element kombinasyonlarından faz oluşumu olasılığını gösteren 80 × 80 ızgara formatında 80 “element reaktivite haritası” geliştirdi.
Bu haritalar, 30.000’den fazla inorganik bileşikten kristal yapı verileri kullanılarak makine öğrenimi ile oluşturuldu ve herkes tarafından erişilebilen etkileşimli bir web sistemi olarak yayınlandı.
Tahmin sonuçları, karmaşık kristaller ve katı çözeltiler hakkında veriler içeren deneysel kristal yapı veritabanları kullanılarak doğrulandığında, bilinen bileşikler, reaktivite skorlarına (<0.05) sahip kombinasyonlara kıyasla yüksek reaktivite skorlarına (≥0.95) sahip kombinasyonlar arasında 17 kat daha fazladır ve reaktivite skorlarının geçerliliğini gösterir.
Yüksek reaktivite skorları sergileyen ancak deneysel veritabanlarında bulunmayan 3.000’den fazla eleman kombinasyonu tespit edildiğinden, haritaların gizli yeni aşamalar içeren bir “hazine tahağı” olarak hizmet etmesi beklenmektedir.
Araştırma ekibi ayrıca, bu haritaları kullanarak potansiyel bir manyetik skyrmion veya termoelektrik malzeme olarak dikkat çeken B20 yapısı Alloy Co (AL, GE) dahil olmak üzere birkaç düzine yeni aşamayı başarıyla keşfetti.
Bu elemental reaktivite haritaları kullanılarak, aralarında yeni materyaller bulma potansiyeli ile çeşitli yeni aşamaların keşfedilmesi beklenir. Ek olarak, reaksiyona girme olasılığı düşük olan eleman kombinasyonları da bu elemental reaktivite haritalarından tanımlanabildiğinden, kimyasal olarak inert kalması gereken konteynerler veya elektrotlar için adayların tanımlanmasında yararlı olabilirler.
