新研究: 超伝導体クプラートで電子対の'ロック'現象が確認され、高温超伝導性の可能性

Tokyo研究者たちは長い間、超伝導体に関心を寄せてきた。なぜなら、超伝導体は電気をエネルギー損失なく流すことができるからである。この特性は、一部の高速鉄道などの技術を可能にしている。しかし、通常、超伝導体は非常に低温でしか機能しない。温度が上昇すると、超伝導状態を失い、通常の導体や絶縁体になってしまう。最近の研究で、初めて超伝導体の重要な特徴である電子対形成が、より高温の物質、キュープレートと呼ばれる特異な超伝導材料で観察された。

研究の主要なポイント:

• 電気対は最大で150ケルビンまで観察されました。
• 半絶縁体である反強磁性体内で電子対が確認されましたが、これは予想外の結果です。
• ペアリングは、特に絶縁性が最も強い銅酸化物のサンプルで顕著でした。

SLAC国立加速器研究所、スタンフォード大学、その他の機関の研究者たちは、超伝導に不可欠な電子対について調査しました。ゼロ抵抗の超伝導が発生するためには、電子対が同期して動く必要があります。本研究では、電子対が同期せず、材料はゼロ抵抗を示さなかったものの、高温での超伝導体の実現可能性を示唆しました。

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100年以上前から、研究者たちは通常の超伝導体において、電子が材料の構造内の振動によってペアを形成することを知っています。これらの材料は、ほぼ絶対零度に近い非常に低温が必要です。それに対して、銅酸化物系のような非従来型超伝導体は、130ケルビンまでの高温で機能します。これらの材料で電子がペアを形成する原因は不明でしたが、最近の発見によれば、電子スピンの変化が鍵である可能性が示唆されています。

研究者たちは紫外線を利用して銅酸化物の原子レベルの詳細を調査しました。その結果、25ケルビンで超伝導状態になるこの素材において、150ケルビンまで続く「エネルギーギャップ」により電子対が存在することを発見しました。驚くべきことに、最も優れた絶縁体だった試料で最強の電子対形成が観測されました。

この研究の結果は、将来的な研究が電子対が一緒に移動する条件の変更に焦点を当てることで、より高温で動作する超伝導体を開発できる可能性があることを示しています。この研究は、これらの電子ペアを研究し、それらを協調して機能させる新しい方法を提供し、私たちを<強調>常温で動作する超伝導体</強調>に一歩近づけるものです。これにより、エネルギー効率の高い電力網や高度な量子コンピュータなど、現代技術に大きな影響を与えることが期待されます。