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2024 年、超伝導 (抵抗ゼロの電流の流れ) が 3 つの異なる材料で発見されました。 2 つの例では、教科書的な現象の理解を拡張しています。 3番目はそれを完全に細断します。 「これは非常に珍しい形態の超電導であり、多くの人が不可能だと言うでしょう」と彼は言った。 アシュウィン・ヴィシュワナート、ハーバード大学の物理学者でしたが、発見には関与していませんでした。
1911 年にオランダの科学者ハイケ・カメルリング・オンネスが電気抵抗の消滅を初めて目撃して以来、超伝導は物理学者を魅了してきました。それがどのように起こるのかについてはまったくの謎があります。この現象には、電流を運ぶ電子が対になる必要があります。電子は互いに反発しますが、どうすれば電子は結合できるのでしょうか?
そして、技術的な期待もあります。すでに、超電導により、MRI 装置や強力な粒子衝突器の開発が可能になっています。もし物理学者が、この現象がいつどのようにして起こるのかを完全に理解できれば、現在のように低温だけでなく、日常の条件下でも電気を超伝導する線材を設計できるかもしれない。ロスレス送電網や磁気浮上車両など、世界を変えるテクノロジーが後に続くかもしれません。
最近の相次ぐ発見は、超伝導の謎を複雑にすると同時に、楽観的な見方を高めています。 「材料の中には、超伝導がいたるところに存在しているようです」と彼は言った。 マシュー・ヤンコウィッツ、ワシントン大学の物理学者。
これらの発見は、材料科学における最近の革命に由来しています。超伝導の 3 つの新しい例はすべて、原子の平らなシートから組み立てられたデバイスで発生します。これらの材料は前例のない柔軟性を示します。物理学者は、ボタンを押すだけで、導電性、絶縁性、そしてよりエキゾチックな動作の間でそれらを切り替えることができます。これは、超電導の探索を加速する現代の錬金術の形です。
現在では、さまざまな原因がこの現象を引き起こす可能性がますます高まっているようです。鳥、ミツバチ、トンボがすべて異なる羽の構造を使用して飛ぶのと同じように、物質はさまざまな方法で電子を結合しているようです。研究者たちは、問題のさまざまな二次元物質で何が起こっているのかを正確に議論する一方で、超伝導体の動物園が成長することで、この魅力的な現象をより普遍的に理解できるようになるだろうと期待している。
電子のペアリング
カマーリング・オンネスの観察 (および他の極低温金属で見られる超伝導) の事例は 1957 年についに解明されました。 ジョン・バーディーン、レオン・クーパー、ジョン・ロバート・シュリーファー 理解した 低温では、材料の神経質な原子格子が静まり、より繊細な効果が現れるということです。電子は格子内の陽子を優しく引っ張り、陽子を内側に引き込んで過剰な正電荷を生成します。フォノンとして知られるその変形は、第 2 電子を引き込み、「クーパー対」を形成します。クーパーペアは、単独の選挙では不可能な方法で、すべてをまとめてコヒーレントな量子エンティティにすることができます。結果として生じる量子スープは、通常は電気の流れを妨げる材料の原子の間を摩擦なく滑り込みます。
バーディーン、クーパー、シュリーファーのフォノンに基づく超伝導理論は、1972 年にノーベル物理学賞を受賞しました。しかし、それがすべてではないことが判明しました。 1980年代、物理学者は、銅酸化物と呼ばれる銅が充填された結晶が高温で超伝導する可能性があり、原子の揺れがフォノンを洗い流す可能性があることを発見しました。他にも同様の例が続きました。
