100年以上も低温下の現象とされた「超伝導」を室温で発生させることに成功

By Argonne National Laboratory

「超伝導」とは特定の金属や化合物を冷却した際、その物質の電気抵抗がゼロになるという現象です。超伝導が発見された1911年以来、超伝導は「低温下で発生するもの」とされ、最高でも摂氏マイナス23度の環境下で発生していました。しかし、アメリカ・ロチェスター大学の研究チームにより、超伝導が室温でも発生することが明らかになりました。

Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z

For The First Time, Physicists Have Achieved Superconductivity at Room Temperature
https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-superconductivity-has-been-achieved-at-room-temperature

2020年10月14日(水)に発表されたロチェスター大学の物理学者であるランガ・ディアス氏らの研究で、摂氏15度という世界初の室温下における超伝導、「室温超伝導」の実験に成功したことが明らかになっています。

ディアス氏らの発見以前は、硫化水素やランタン水素化物といった化合物で超伝導の発生温度を上昇させていました。摂氏マイナス23度での超伝導に成功したのはランタン水素化物で、170ギガパスカル(GPa)の超高圧下において超伝導となることが発見されています。高い温度で超伝導となりやすい共通の原子は、自然界で最も軽い元素である「水素」でした。

ディアス氏も「低温でない環境下で超伝導を実現するためには、強力な化学結合と軽い原子が必要でした。強力な結合の1つは水素結合であり、最も軽いのは水素です」と語っており、自身の実験にも水素を使用したとしています。しかし、ガスとしての水素は絶縁体であり、超伝導の物質にするためには高圧下で固体化する必要があります。ディアス氏らの研究チームは、水素と炭素、硫黄を合成した「Carbonaceous sulphur hydride(炭素質水素化硫黄)」によって実験を行い、摂氏15度、圧力270GPaの環境下で超伝導状態を実現できることを発見しました。

室温超伝導の発見について、ディアス氏は「超伝導のような並外れた性質をもった物質は『低温』という限界によって、多くの人が思い描くような方法で世界を変革することができませんでした。しかし、我々の発見は低温という障壁を打ち破り、多くの潜在的な応用への扉を開くでしょう」とコメントしました。

なお、室温超伝導が発生した物質の大きさは25～35マイクロメートルと小さく、超伝導が発生した圧力も非常に高かったことから、ディアス氏らの発見を実用可能な技術として使えるようになるまでには長い時間がかかると見られています。研究チームは、「研究の次のステップは物質の組成を調整することで必要な圧力を低減することです。常温常圧の超伝導体がようやく手の届くところまで来ています」とコメントしています。