広報活動

Print

2015年12月1日

理化学研究所
産業技術総合研究所

より高い超伝導臨界温度を実現する物質設計に新指針

-超省エネルギー社会を可能にする室温超伝導を目指して-

図

水銀系超伝導銅酸化物Hg1212の超伝導臨界温度のキャリア量による変化(左)と結晶構造(右)

送電線もコンピューターの回路も、電流を通せば電気抵抗が生じ発熱します。送電線なら熱による電力のロスが生じ、これは送電線の距離が長くなればなるほど大きくなります。また、コンピューターの作動にも熱は大きな障害です。CPUやメモリーなど計算処理に使われる半導体の発する熱は、ときには熱暴走を引き起こし、寿命の低下にもつながります。

発熱を抑えて電流を流すためには、電気抵抗がより少ない材料を見つけ出さなければなりません。電気抵抗がゼロになる超伝導体はそれに対する解答ですが、現時点では大気圧下で超伝導状態を示す最高温度(超伝導臨界温度)はマイナス140℃です。冷却や管理のコストがかかるため、応用は付加価値の高いものに限られています。

理研の研究者を中心とする共同研究グループは、この難問の解決に少しでも近づくため、超伝導臨界温度を上昇させようと試みました。材料として、最も高い超伝導臨界温度を示す水銀系超伝導酸化物を選びました。この材料に6方向から均等に圧力をかけることができる装置を用いて、高い圧力をかけながら電気抵抗を測定し、圧力による超伝導臨界温度の変化を調べました。その結果、大気圧で最も高い超伝導臨界温度を示す化学組成よりも、電子や電荷のホール(正孔)などのキャリアの少ない組成のほうが、高圧力下ではより高い超伝導臨界温度になることが明らかになりました。このことは、小さい元素への置き換えや薄膜化によって“疑似的な圧力”を実現することが可能になれば、大気圧下でも、より高い温度で超伝導状態となる材料が得られる可能性があることを示しています。

今回、共同研究グループが見いだした知見は、新しい超伝導物質を開発するにあたって大きな指針になります。超伝導臨界温度を室温まで引き上げることは、超伝導体開発の重要な目標の1つです。それが可能になれば「超省エネルギー社会」が実現できます。今回の研究を受け、超伝導材料開発がさらに加速すると期待できます。

理化学研究所
創発物性科学研究センター 強相関物理部門 強相関量子伝導研究チーム
客員研究員 山本 文子 (やまもと あやこ)
(芝浦工業大学大学院理工学研究科教授)

創発物性科学研究センター 強相関物理部門 強相関物性研究グループ
技師 寺倉 千恵子 (てらくら ちえこ)
グループディレクター 十倉 好紀 (とくら よしのり)
(東京大学大学院工学系研究科教授)