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超伝導

超伝導の常識を覆すレアアース(CeCu2Si2)発見!BCS理論や磁気的ゆらぎに関係しない第3の超伝導

 超伝導の起きる理由「BCS理論」と「磁気的ゆらぎ」

 超伝導(superconductivity)とは、特定の金属や化合物などの物質を非常に低い温度へ冷却したときに、電気抵抗が急激にゼロになる現象。1911年、オランダの物理学者ヘイケ・カメルリング・オンネスにより発見された。

 超伝導が起きる理由としては、BCS理論がある。BCS理論では電子-格子相互作用を介して電子同士がフォノンを仮想的に交換(或いはフォノンを介して運動量を交換)することによって、電子同士に引力が働くと考える。この引力によって生じる電子対(スピンは互いに逆向き、かつ対の全運動量がゼロ)をクーパー対(クーパーペア)と言う。

 ところが、従来の超伝導体では、このBCS理論によって超伝導が引き起こされることが確立しているが、銅酸化物超伝導体や鉄系超伝導体などでは従来の発現機構では説明がつかず、これらの非従来型超伝導の発現機構の解明は、物性物理学における大きな課題の一つとなっている。


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電子軌道の「量子ゆらぎ」による、新しい超伝導を発見!常圧下でクーパー対形成

 超伝導の鍵をにぎる「量子ゆらぎ」

 超伝導は興味深い現象である。特定の金属や化合物などの物質を非常に低い温度へ冷却したときに、電気抵抗が急激にゼロになる現象である。

 超伝導は1911年にカマリング・オネスにより発見されたが、約半世紀もの間、そのメカニズムは謎のままであったが、BCS理論により超伝導は電子と電子が「のり」によって対になることにより生じることが初めて明らかにされた。

 超伝導は二つの電子が「電子対」(クーパー対)を組んで運動することで実現することがわかった。この功績によりバーディーン、クーパー、シュリーファーの三人は1972年にノーベル物理学賞を受賞した。


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超伝導の直前現象“超伝導ゆらぎ”による巨大熱磁気効果(100万倍)を発見!

 超伝導の前駆現象「超伝導ゆらぎ」

 超伝導はおもしろい現象である。、特定の金属や化合物などの物質を非常に低い温度へ冷却したときに、電気抵抗が急激にゼロになる現象。

 超伝導は1911年にカマリング・オネスにより発見されたが、約半世紀もの間、そのメカニズムは謎のままであったが、BCS理論により超伝導は電子と電子が「のり」によって対になることにより生じることが初めて明らかにされた。

 超伝導は二つの電子が「電子対」(クーパー対)を組んで運動することで実現することがわかった。この功績によりバーディーン、クーパー、シュリーファーの三人は1972年にノーベル物理学賞を受賞した。


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絶縁体が導体に!ナノメートルの籠状構造、ナトリウム超イオン伝導体とは何?

 超イオン伝導体という物質

 世の中にはまだまだ不思議な物質が存在する。超イオン導電体(superionic conductors)という物質は、融点よりはるかに低い温度で溶融塩や電解質溶液に匹敵するイオン伝導度を有する固体の総称であり、その研究の起源は1834年のM. FaradayによるAg2S中の銀イオン伝導の発見にまでさかのぼることができる。

 なぜ、ほとんど電気を通さない固体物質が、条件を変えることによって、突然、導体に変化するのだろうか?

 超イオン導電体(superionic conductors)は、見かけは固体なのに、その中をイオンが高速で移動し、溶融塩や電解質溶液と同程度のイオン伝導度を示す物質になる。電子が移動するのではなく、イオンが移動するために電流が流れる。


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