エキゾチックなタイプの超伝導の原因となる奇妙な「特異点」

絶対零度よりもはるかに高い温度で動作する超伝導体は、発見されて以来、科学者を困惑させてきました。 新しい理論がそれを変えようとしているかもしれません。

物理学者らは、高温超伝導を引き起こす謎のメカニズムを発見し、それは物理学の「聖杯」の一つを探すのに役立つ可能性がある。

振動超伝導として知られるこの新たな発見は、材料が通常よりもはるかに高い温度で超伝導することを可能にするプロセスを特定し、ほぼ損失のないエネルギー伝達を促進できる室温超伝導材料の発見への道を開くものである。 研究者らは7月11日付けでその研究結果を『Physical Review Letters』誌に発表した。

エモリー大学の物理学助教授ルイス・サントス氏は声明で、「物理学の聖杯の一つは、日常生活の応用に十分実用的な室温の超伝導である」と述べた。 「その躍進は文明の形を変える可能性があります。」

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超伝導は、電子が物質中を移動するときに生じる波紋から発生します。 十分に低い温度では、これらの波紋によって原子核が互いに引き寄せられ、その結果、電荷にわずかなオフセットが生じ、2 番目の電子が 1 番目の電子に引き寄せられます。

この引力の力により、奇妙なことが起こります。電子は、静電反発力によって互いに反発する代わりに、結合して「クーパー対」を形成します。

クーパー対は、孤独電子とは異なる量子力学的規則に従います。 互いに積み重なってエネルギーシェルを形成するのではなく、光の粒子のように機能し、無数の光が同時に空間の同じ点を占めることができます。 これらのクーパー対が材料全体に十分に生成されると、それらは超流動体となり、電気抵抗によるエネルギーの損失なしに流れます。

1911 年にオランダの物理学者ヘイケ・カメルリング・オンネスによって発見された最初の超伝導体は、絶対零度 (華氏マイナス 459.67 度、または摂氏マイナス 273.15 度) に近い、想像を絶する低温でこの電気抵抗率がゼロの状態に転移しました。 しかし、1986 年に物理学者は、銅酸化物と呼ばれる別の種類の物質を発見しました。この物質は、はるかに暖かい (それでも非常に寒い) マイナス 211 度 (マイナス 135 度) で超伝導体になります。

物理学者らは、この発見が室温超伝導体の発見につながり、ほぼ無損失の電力伝送への扉が開かれることを期待していた。 しかし、発見は下火になり、最近の室温超伝導体の主張はスキャンダルと失望に終わった。

これまで、室温、常圧の超伝導体が発見できなかった原因の一部は、比較的高温（標準的な冷凍庫の約 3 倍の低温）で電子がクーパー対を形成できる理論的条件について物理学者が理解していなかったことが原因でした。温度）。

これを調査するために、新しい研究を推進する研究者らは、クーパー対が電荷密度波として知られる振動パターンに配置されるときに現れる特定の形態の高温超伝導に焦点を当てた。 波間の関係は、物質内で対になった電子間の一種の質量同期ダンスであり、超伝導と複雑な関係があります。ある状況では、波はその効果をかき消しますが、他の状況では、波は電子を接着するのに役立ちます。

これらの波をモデル化することにより、物理学者らは、波の出現の鍵はおそらくファン・ホーベ特異点として知られる特性であることを発見しました。 通常、物理学では、移動する粒子のエネルギーは、直観的には粒子の移動速度に関係します。

しかし、一部の材料構造はこの規則を破り、異なる速度の電子が同じエネルギーで存在できるようにします。 すべての電子のエネルギーが等しい場合、電子は相互作用してペアを形成し、より容易にダンシング クーパー ペアを形成することができます。