科学者たちは、次のことに必要な基本的なプロセスを発見しました。 超電導 これは、これまで考えられていたよりも高い温度で発生する可能性があります。これは、物理学の「聖杯」の一つである室温超伝導体を探索する上で、小さいながらも重要な一歩となるかもしれない。
この発見は、電気絶縁体という予期せぬ物質の内部で行われ、華氏マイナス190度（摂氏マイナス123度）という低い温度での電子の対形成を明らかにした。これは、ほとんどエネルギー損失のない電気の流れの秘密の成分の1つである。非常に冷たい超伝導材料。
現在に至るまで、物理学者たちはなぜこのようなことが起こるのかについて頭を悩ませている。しかし、これを理解すれば、室温で動作する超伝導体を見つけるのに役立つかもしれない。研究者らは研究結果を8月15日に学術誌に発表した。 科学。
「電子対は、超伝導体になる準備ができていることを示していますが、それを阻止する何かがあります」と共著者は言います。 チョ・キジュン、スタンフォード大学応用物理学の大学院生、 彼は声明でこう述べた「ペアを同期させる新しい方法を見つけることができれば、それをより高温の超伝導体の構築に応用できるかもしれません。」
超伝導は、電子が物質中を移動するときに残される波紋から発生します。十分に低い温度では、これらの波紋は原子核を互いに引き付け、その結果、わずかな電荷シフトが発生して、2 番目の電子が 1 番目の電子に引き付けられます。
通常、2 つのマイナス電荷は互いに反発し合うはずです。しかしその代わりに、奇妙なことが起こります。電子が結合して「銅ペア」を形成します。
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クーパーペアは異なるアプローチを取る 量子力学 これらのクーパー対は、単一電子のクーパー対とは異なります。それらはエネルギーエンベロープに詰め込まれるのではなく、光の粒子のように動作し、無限の数の光が同時に空間内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、材料は超流動液体となり、電気抵抗によるエネルギーの損失なく流れます。
1911 年にオランダの物理学者ハイケ・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、想像を絶する低温、つまりほぼゼロの温度で電気抵抗がゼロの状態に移行しました。 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)。しかし、1986 年に物理学者は、マイナス 211 °F (マイナス 135 ℃) というはるかに高い (それでも非常に低い) 温度で超伝導体になる、銅鉱と呼ばれる銅ベースの材料を発見しました。
物理学者たちは、この発見が室温の超伝導体につながることを期待していました。しかし、銅酸化物がなぜその異常な挙動を示すのかについての洞察は遅れており、昨年、超伝導体が室温で動作可能であるというウイルス的な主張は、最終的に… データ改ざん疑惑 そして 失望。
さらに詳しく調査するために、新しい研究の背後にある科学者たちは、銅、セリウム、酸化ネオジムに注目しました。この物質の最高超伝導温度は華氏マイナス 414.67 度 (摂氏マイナス 248 度) であるため、科学者たちはそれをあまり研究しようとしませんでした。しかし、研究に参加した研究者がその表面に紫外線を当てたところ、何か奇妙なことに気づきました。
通常、光線またはフォトンが不対電子を運ぶカップに当たると、フォトンは電子に十分なエネルギーを与え、電子を材料から叩き出すため、多くのエネルギーが失われます。しかし、クーパー対の電子は光子の放出に抵抗することができ、材料が失うエネルギーはほんのわずかです。
ゼロ抵抗率状態は非常に低い温度でのみ発生しますが、研究者らは、新しい材料ではエネルギーギャップが 150 K まで持続し、奇妙なことに、熱の流れに最もよく抵抗するほとんどのサンプルで結合が最も強いことを発見しました。電流。
これは、銅鉱が室温で超伝導を達成する可能性は低いものの、それが可能な材料を見つけるヒントを秘めている可能性があることを意味します。
「私たちの結果は、潜在的に豊かな新たな前進への道を開くものです。私たちは将来、このカップリングギャップを研究し、新しい方法を使用して超伝導体を設計するのを支援する予定です」と筆頭著者でスタンフォード大学物理学教授の Qi Xun Chen 氏は声明で述べた。 「一方で、私たちは同様の実験的アプローチを使用して、この疎結合状態についてのさらなる洞察を得る計画を立てています。他方では、これらの材料を操作してこれらの疎結合を強制的に同期させる方法を見つけたいと考えています。」
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