Dans des recherches conjointes avec l'Université de Tokyo (Utokyo), l'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST), l'Université Tohoku et l'Institut de technologie Kyoto, le National Institute for Materials Science (NIMS) ont développé et publié des « cartes de réactivité élémentaire » pour découvrir de nouvelles phases.
L'équipe de recherche a proposé des cartes qui utilisent l'apprentissage automatique pour identifier plus de 3 000 combinaisons d'éléments qui pourraient potentiellement former de nouvelles phases parmi un total de 85 320 combinaisons de jusqu'à trois éléments sélectionnés parmi les 80 éléments facilement gérés en laboratoire. Ce résultat de recherche a été publié dans Chimie des matériaux.
Les matériaux inorganiques sont synthétisés en réagissant plusieurs éléments. Si un nouveau matériau est synthétisé avec succès à travers une combinaison sans précédent d'éléments, et que cette phase présente des propriétés physiques spéciales ou des fonctions utiles, il a le potentiel de devenir un « trésor » qui pourrait être utilisé comme un nouveau matériau.
Cependant, de nombreuses combinaisons absentes des bases de données de la structure cristalline sont des combinaisons qui ont déjà été tentées mais qui n'ont tout simplement pas réagi, ce qui rend la capacité de prédire la synthèse à l'avance un facteur clé pour la découverte efficace de nouvelles phases.
L'équipe de recherche a développé 80 «cartes de réactivité élémentaire» dans un format de grille 80 × 80 qui indique la probabilité de formation de phase à partir de combinaisons de jusqu'à trois types d'éléments, ainsi que la présence ou l'absence de matériaux connus.
Ces cartes ont été créées par l'apprentissage automatique à l'aide de données de structure cristalline à partir de plus de 30 000 composés inorganiques et sont publiées en tant que système Web interactif accessible à quiconque.
Lorsque les résultats de prédiction ont été validés à l'aide de bases de données de structure cristalline expérimentales qui incluent des données sur les cristaux complexes et les solutions solides, les composés connus étaient 17 fois plus susceptibles parmi les combinaisons avec des scores de réactivité élevés (≥0,95) par rapport aux combinaisons avec des scores de réactivité faibles (<0,05), démontrant la validité des scores de réactivité.
Étant donné que plus de 3 000 combinaisons d'éléments qui présentent des scores de réactivité élevées mais qui ne sont pas présents dans les bases de données expérimentales ont été identifiées, les cartes devraient servir de « trésor » contenant de nouvelles phases cachées.
L'équipe de recherche a également découvert avec succès plusieurs dizaines de nouvelles phases, notamment le B20-Structure Alloy Co (AL, GE), qui attire l'attention en tant que skyrmion magnétique ou thermoélectrique potentiel, en utilisant réellement ces cartes.
En utilisant ces cartes de réactivité élémentaire, diverses nouvelles phases devraient être découvertes, avec le potentiel de trouver de nouveaux matériaux entre eux. De plus, comme les combinaisons d'éléments qui sont peu susceptibles de réagir peuvent également être identifiées à partir de ces cartes de réactivité élémentaire, elles peuvent s'avérer utiles pour identifier les candidats pour les conteneurs ou les électrodes qui doivent rester chimiquement inertes.
