超伝導のブレークスルーは豊富：熱いものを好む人もいる

通常、特定の分野における大きな発見は、せいぜい年に数回というペースです。しかし、ここ6週間は、超伝導研究の様相を一変させる可能性のある発表が、一つどころか、連続してありました。2月23日発行のアメリカ化学会誌に掲載された論文に始まり、中国の複数の研究グループによる3つの個別の発表で終わるこの数週間で、これまで知られていなかった種類の高温超伝導体が明らかになりました。

電子が導体を流れる際、熱振動や物質の不純物によって散乱し、散乱量は電気抵抗として測定されます。ほとんどの物質では、温度が絶対零度に向かって低下するにつれて、電気抵抗は漸近的に物質固有の導電率に達します。しかし、一部の物質は臨界温度を下回ると抵抗がゼロになります。これらの物質は超伝導体として知られています。超伝導物質でループを作り、そこに電流を流すと、電流を止める抵抗がないため、電流は永久に流れ続けます。超伝導の現在の説明は、伝導電子が非効率的に散乱する配位対を形成するというものです。伝導率は散乱に反比例するため、これは無限大の伝導率につながります。

物質が超伝導を始める温度、つまり臨界温度は非常に低い。チタンは 0.40 K 未満で超伝導になり、鉛の場合は 7.19 K まで上がる。一部の合金は、純粋な化合物よりも高い温度で超伝導を示すことが知られており、Nb ₃ Al の臨界温度は 18.9 K である。超伝導の標準的な説明である BCS 理論によれば、30 K を超える温度ではいかなる物質も超伝導を示すことはできない。1986 年、この予測は銅酸化物高温超伝導体の発見によって誤りであることが示された。最初の超伝導体である La _1.15 Ba _0.85 CuO は、1986 年にミュラーとベドノルツによって発見され、臨界温度は 35 K であることが示された。この発見は非常に画期的で、翌年、2 人はノーベル物理学賞を受賞した。

この20年間で、銅酸化物系高温超伝導体ファミリーの新しい材料が発見されてきました。おそらく最もよく知られているのは、イットリウム・バリウム・銅酸化物（YBa ₂ Cu ₃ O ₇）でしょう。これは窒素の沸点をはるかに超える92 Kで超伝導を示すことが初めて示された超伝導材料です。高温超伝導体の現在の記録保持者は、水銀・タリウム・バリウム・カルシウム・銅酸化物（Hg ₁₂ Tl ₃ Ba ₃₀ Ca ₃₀ Cu ₄₅ O ₁₂₅）で、これはなんと138 Kで超伝導状態に遷移します。高圧下では164 Kまで上昇するという報告もあります。しかし、これらはすべて室温である298 Kには遠く及びません。

2月下旬まで、知られている高温超伝導物質はすべて銅酸化物の何らかのバリエーションであった。JACSの今月の最終号では、東京工業大学の研究チームが、26 K で超伝導を示すランタン酸素フッ素鉄ヒ化物 (LaO _1-x F _x FeAs)* の画期的な発見について報告しました。約 1 か月後、合肥の中国科学技術大学の研究者は、43 K で超伝導を示すサマリウム酸素フッ素鉄ヒ化物 (SmO _1-x F _x FeAs)** セラミックを合成したと発表しました。画期的な成果に続き、北京の中国科学院物理研究所 (IoP) の 2 番目の中国チームは、3 日後に、臨界温度が 52 K のプラセオジム酸素フッ素鉄ヒ化物 (PrO _1-x F _x FeAs)*** の作成に成功したと報告しました。彼らは数週間後に 2 度目の発表を行い、彼らのプラセオジム化合物の超伝導温度は、圧力下で成長させることによって 55 K まで上昇することができた。

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