Az első áttörés és a gépi tanulás ereje
Az áttörést Saeed Almishal, a Penn State anyagtudományi kutatója érte el, amikor a J52 elnevezésű mintában, a megfelelő oxigénszint beállításával sikerült stabilizálnia a mangánt és a vasat. Az összetételben magnézium, kobalt, nikkel, mangán és vas is szerepelt. A siker után gépi tanulásos eszközökkel több ezer lehetséges fémkombinációt vizsgáltak meg, és így további hat új HEO-receptet is azonosítottak, amelyekből mintákat készítettek. A mintákat az egyetemi hallgatók készítették el, akiknek munkáját az Anyagtudományi és Mérnöki Tanszék, valamint a Penn State nanoszkopikus kutatóközpontja támogatta.
Kevesebb oxigén, más szerkezet
A HEO-k szilárd kerámiaként való stabilizálásához a mangán- és vasionoknak a 2+ oxidációs állapotban kell maradniuk, így alakul ki a kősó (rock salt) szerkezet, amelyben az ionok kősó-típusú rácsba rendeződnek. Ez a szokásos, oxigéndús környezeti viszonyok között nem jöhet létre: ilyenkor a mangán és a vas több oxigént köt meg, más oxidációs állapotba kerül, és felborul a kívánt struktúra. Következésképpen csökkentett oxigéntartalom mellett egyensúlyban maradnak a szükséges ionállapotok, és létrejön a stabil, kősó-szerkezetű kerámia. Almishal szerint ebben az egész folyamatban az oxigén szerepének pontos ismerete volt a döntő.
Szerkezeti igazolás és jövőbeli tervek
A szerkezeti stabilitás és az oxidációs állapot igazolásához Almishal a Virginia Tech kutatóival együttműködve fejlett röntgenabszorpciós módszerekkel vizsgálta a mintákat. Így bizonyítani tudták, hogy az anyag stabil és megfelel az elvárásoknak. A következő lépésként a kutatók mind a hét új HEO mágneses tulajdonságait tervezik vizsgálni, és további, nehezen előállítható anyagtípusok létrehozását tervezik hasonló elvek alapján.
Hallgatói siker és nemzetközi elismerés
A kutatás jelentőségét mutatja, hogy a munkában közreműködő Matthew Furst egyetemi hallgatót – aki kiemelkedő szerepet játszott a labormunkában – meghívták az Amerikai Kerámiai Társaság (American Ceramic Society) 2025-ös éves konferenciáján való előadásra, amelyet szeptember 28. és október 1. között Columbusban tartják. Ilyen rangos szereplés általában csak oktatóknak vagy végzős hallgatóknak szokott megadatni. Furst külön kiemelte, mennyit jelent számára, hogy már alapképzésben közvetlenül részt vehetett a kutatás és a publikálás minden lépésében.
Kutatócsoport és támogatás
A kutatást Almishal, Maria professzor és Furst mellett két további alapképzésben tanuló hallgató (Joseph Petruska, Dhiya Srikanth), két doktorandusz (Yueze Tan, Sai Venkata Gayathri Ayyagari), valamint Jacob Sivak végezte, aki a közelmúltban szerezte meg doktori fokozatát a kémia területén. A kutatói csapat munkáját a Penn State Center for Nanoscale Science és az Egyesült Államok legnagyobb tudományfinanszírozó szervezete, a National Science Foundation támogatta. A Virginia Tech oldaláról Christina Rost és Gerald Bejger segítette a projektet.
