Mediante el uso de la inteligencia artificial, una investigación realizada sobre 5,5 millones de compuestos ha revelado cientos de superficies capaces de retener sus electrones con gran intensidad o, por el contrario, muy débilmente. Esto permite comprender el interés que pueden tener para la electrónica y las baterías del futuro.
Para comprender la importancia de este resultado, hay que observar lo que ocurre en la superficie de un material. Un electrón no siempre puede abandonarla fácilmente. Es necesario proporcionarle cierta cantidad de energía. Esta depende, entre otros factores, del material y de la manera en que sus átomos están dispuestos en la superficie.
Un valor bajo facilita la salida de los electrones. Un valor elevado los retiene más. Esta propiedad interviene en numerosos componentes electrónicos, en ciertos sistemas de conversión de energía y en reacciones químicas que utilizan superficies. Encontrar materiales situados en los extremos puede, por tanto, abrir nuevas vías para diseñar dispositivos.
Sin embargo, probar millones de candidatos con los métodos de cálculo más precisos exigiría una enorme cantidad de recursos informáticos. Jun Meng y sus colegas procedieron, por ello, por etapas. Su sistema comienza con un modelo rápido de IA basado en aprendizaje automático y reserva los cálculos físicos costosos para los candidatos que merecen una verificación más exhaustiva.
El modelo también tiene en cuenta su nivel de incertidumbre. En la práctica, una predicción considerada poco fiable puede comprobarse con un método más preciso en lugar de aceptarse tal cual. Los investigadores aplicaron este proceso de selección a 5,5 millones de compuestos procedentes de las bases de datos GNoME y Alexandria.
El cribado identificó 209 superficies cuya función de trabajo es inferior a 2,0 electronvoltios. Estas corresponden a 136 materiales distintos. En el otro extremo, 227 superficies superan los 6,0 electronvoltios, pertenecientes a 172 materiales.
Algunos resultados siguen tendencias químicas ya conocidas; por ejemplo, las superficies terminadas en metales alcalinos o alcalinotérreos aparecen a menudo entre aquellas que liberan sus electrones con mayor facilidad. Más interesante aún: el análisis también detectó asociaciones menos habituales, especialmente superficies ricas en lantánidos entre los valores particularmente bajos.
El siguiente paso consiste en examinar experimentalmente los candidatos más prometedores. Será necesario verificar su estabilidad, su fabricación y su comportamiento real. El trabajo de los investigadores proporciona, sobre todo, un método para reducir rápidamente una lista de varios millones de posibilidades antes de dedicar experimentos y cálculos intensivos a unos pocos materiales.