ワシントン大学と米国エネルギー省（DOE）の物理学者グループは、結晶のような特殊な物質において、制御可能な超伝導特性の新たなバリエーションを発見したようだ。この物質の超伝導特性は、加えられる歪みに応じて変化させることができ、任意にオフにすることさえ可能である。同時に、彼らは電界効果超伝導体が抵抗なく電気伝導能力を失うまでの「高温」の記録を破ったようだ。
室温、常圧の超伝導体はまだ実現していないが、たとえ（まだ）10 K の壁（-263.5 ºC）付近であったとしても、温度記録は温度記録である。
Science Advances誌に掲載されたこの研究論文は、強磁性材料（ユーロピウム）と超伝導材料（鉄ヒ素）を合成した結晶のようなサンドイッチ構造について述べている。このサンドイッチ構造は、十分に強い磁場の近くに置くと、超伝導特性を発現する。合成プロセスにコバルト分子が添加されているため、「ドープEuFe2As2」と呼ばれるこの材料は、ユーロピウム（Eu）の強い強磁性と、超伝導／ネマチックFeAs（鉄ヒ素）層を交互にサンドイッチ状に積層することで、その特性を利用している。
その結果、磁場可変超伝導体と呼ばれる超伝導体が誕生しました。これは、外部磁場を印加することで超伝導特性を発現できる超伝導体です。ドープされたEuFe2As2の場合（特殊な装置とX線技術の組み合わせを用いることで）、研究チームは、適切に整列した外部磁場が、強磁性ユーロピウム層から発せられる磁場とどのように釣り合うかを実証しました。これにより、層間の磁場の向きを変えることができ、当初は無秩序だった磁場が超伝導磁場と平行になると、物質の抵抗がゼロの状態が出現します。
しかし、ドープされたEuFe2As2にはもう一つの秘密がある。それは、十分に強い磁場下でも超伝導能力をオフにできるということだ。必要なのは、極低温ひずみセル（工業用、科学計測認定ピストンのようなもので片側（一軸方向）から圧力をかける）を用いて材料にひずみを与えることだけだ。こうすることで、電子が通過する際に感じる抵抗の大きさを調節することができる。ある一定のひずみレベル以下では、この合成材料の超伝導性は十分に高められ、超伝導状態を実現するために外部磁場を必要としない。しかし、あるレベルを超えると、圧力をかけてもエンジンが始動しなくなる。超伝導の2つの異なるメカニズムは限界があるものの、超伝導をカスタマイズする上で様々な可能性、つまり新たな選択肢を生み出すことになる。
研究者たちは、圧倒的な品質の文献（結局のところ、自分たちで作成したもの）にもかかわらず、合成プロセスに困難があったと指摘しています。研究チームは、合成プロセスからコバルトドープEuFe2As2の実用的なサンプルが得られなかった原因を特定できませんでした。代わりに、彼らは「サンプル間で大きなばらつき」があったと報告しました。ここでのばらつきとは、サンプルが磁場誘起超伝導を発現するかどうかを指します。研究者たちはさらに、これらの困難はレシピのコバルトドーピング段階で発生した可能性が高いと指摘し、超伝導の担い手となるこれらの合成材料の一部に求められる精度レベルで量子プロセス（化学反応など）を制御することがいかに難しいかを裏付けています。
これらは、微細な亜原子レベルの元素変化と相互作用であり、物質を半導体から超伝導へと変化させるために必要なのは、まさにこれだけです。しかし、そのシンプルさの裏には、元素、粒子、亜原子粒子、スピン、磁場、そしてその他多くのパラメータが複雑に相互作用し、まさに適切な温度、つまり研究者のサンプルの場合、4ケルビンから10ケルビンの範囲内で相互作用しているのです。
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超伝導が「オフ」になる瞬間（これは「オン」になる瞬間と同じですが、非常に量子的な意味で異なります）をこれほど高解像度で制御できれば、超伝導の量子物理学に関する貴重な知見が得られるはずです。少なくとも、この新たに発見された超伝導体は、超伝導そのものをより深く理解するための試験台となり得ます。通常の物質から超伝導相への分子転移をより高い解像度で観察できるようになることで、超伝導効果を制御し、そこからさらなる有用性を引き出す能力が向上するはずです。
むしろ、この斬新な超伝導メカニズムを含め、凝縮系物理学の教科書には、発見を書き留める余地がまだいくつか残されていると言えるでしょう。発熱しない完全伝導回路が素晴らしい場所を想像するのは難しくありません。アルゴンヌ国立研究所は、この発見が「次世代産業用電子機器の超伝導回路への応用につながる可能性がある」と述べています。Ryzen 15 Super Cooperをお願いします。
Francisco Pires 氏は、Tom's Hardware のフリーランス ニュース ライターであり、量子コンピューティングに関心を持っています。
