室温に近い状態で超伝導を作りたいは実現できるのか

・研究者が、物理学で長年の課題の一つである室温超伝導を完成しました。

・彼らは、高圧で水素を豊富に含む金属化合物を作り、7℃近い温度で超伝導を生み出しました。

物質が、ほぼゼロの抵抗で電流を流す能力を超伝導と呼びます。鉄や銅のようなよく知られた導体とは異なり、超伝導体はエネルギーを失うことなく、無限に電流を流すことができます。

超伝導体の用途は数え切れないほどあります。これまでに、小型無線アンテナ、超高速コンピュータプロセッサ、高周波増幅器、地球周回衛星用ジャイロスコープ、MRI装置、磁気浮上式鉄道などで使われています。

しかし、実現するには、材料を臨界温度以下に冷却する必要があり、簡単なことではありません。例えば、銅酸化物ペロブスカイトセラミック材料は、臨界温度が-183℃以上であるため、用途が限られます。

このほど、ジョージ・ワシントン大学の研究チームが、物理学で最大の課題とされている室温付近での超伝導を実現する実験を行いました。

どのように進められたのか?

研究者は、大気圧の約200万倍という非常に高い圧力で、水素を多く含む金属化合物を作製しました。高圧にするため、ダイヤモンドアンビルセルを用いて、水素とランタンを圧縮したサンプルを作成しました。

そして、このサンプルをある温度まで加熱し、構造の変化を観察しました。その結果、予想通り、LaH10という結晶化合物は高温で超伝導になることがわかりました。

サンプルは、圧力180～200ギガパスカル、温度摂氏-13度以下に保ち、抵抗率は大幅に低下し、室温に近い超伝導の証拠を示しました。その後の実験では、さらに高温（6.85℃）で転移が起こることを確認しました。

磁石の上に浮遊する液体窒素冷却の超電導体 | 画像元: Wikimedia Commons | 画像は本試験で行われた実験ではありません。

その過程で電流と電圧を精密に測定するために、アドバンストフォトンソースのシンクロトロンビームラインを利用したX線回折が行われました。

今後の展開は?

これまでのところ、研究チームが実験したのはランタンと水素の化合物だけです。他にも、構造や化学組成が異なる、水素を多く含む化合物がいくつも存在します。それらも研究する価値があります。多くの超水素化合物は、超高圧下でさらに高い転移温度を示す可能性があります。

研究者たちは現在、光学、赤外線、X線分光法を組み合わせて、より深い観測結果を得ようとしています。例えば、異なる超伝導相を分析し、各成分の臨界温度の圧力依存性を確立することができるようになります。全体として、この研究で得られた結果は、私たちが超伝導の新しい時代に足を踏み入れていることを明確に示しています。