もうちょっとで常温じゃん!「超電導の新記録」はマイナス70℃!

「もうちょっとで常温じゃん!」超電導の新記録はマイナス70℃!

『リニアモーターカー』が実用化される時代には、もっと安価で簡単に磁気浮上が可能になっているかもしれない。JRが計画しているリニアモーターカーも利用している技術「超電導」の研究が一歩進んだ。

ドイツの研究チームが新記録を達成したのだ。

 

超電導には低温が必要

超電導というのは、ある種の物質をどんどん冷却していったときに、電気抵抗がゼロになる現象のことだ。超電導状態となったコイル(超電導コイル)に一度電流を流すと、半永久的に流れ続ける。JRが開発しているリニアモーターカーは、この技術を利用して車体を浮上させる。

しかし、超電導を起こすには、物質を相当な低温にまで冷却しないといけない。超電導リニアにおいては、超電導材料としてニオブチタン合金を使用し、液体ヘリウムでマイナス269℃に冷却することにより超電導状態を作り出すという。

もっと高い温度で超電導を起こすことは、長年の超電導研究者の大きな課題のひとつだ。そのほうが技術的に活用しやすいからだ。

最近まで、超電導の高温記録は特殊な銅酸化物セラミックを使って、通常の大気圧下でマイナス約140℃、高圧下でマイナス109℃というものだった。ただし、これは特殊なタイプの超電導であり、標準的な超電導ではマイナス234℃というのがこれまでの記録だ。

なお、マイナス196℃より高い温度で超電導が起これば、より安価な液体窒素で冷却することが可能になる。もちろん実用に供するには、その素材の価格などの関係もあるので、簡単ではないのだが。

 

カギは水素原子?

今回のニュースは、ドイツのマックス・プランク化学研究所とヨハネスグーテンベルグ大学マインツ校の研究チームが、超電導の高温記録を更新したというものだ。その温度はマイナス70℃(203ケルビン)。南極なら稀にありえる気温だ。もうちょっとで常温じゃん!

Superconductor

(C)Thomas Hartmann

 

超電導を起こした素材は硫化水素。ただし条件はきわめて特殊だ。この硫化水素は、通常はガスなのだが、それを超電導金属に転換するのに、なんと1,500万バール(約1,480万気圧)という高圧をかけるというのだ。これは地球内部コアの圧力の半分くらいという超高圧なので、かなり非常識ではある。

とはいえ、この研究によって、常温超電導への道がさらに開けたと研究者達は見ているようだ。この結果は理論的には予想されていたものであり、「理論的には、超電導転移を起こす温度には限界はなく、われわれの実験は、常温超電導という夢の実現に動機づけを与えられるものです」と、研究チームのMikhael Eremets博士はいう。

この実験において、超高圧を実現するために、研究チームは1立方センチよりも小さい室を容易した。側面にはふたつのダイヤモンドチップが備えられ、それが鉄床のように働き、試料に継続的に圧力をかけていく。そのセルには試料の電気抵抗を計測するための接点も備えられた。

この硫化水素が比較的高い温度で超電導を起こす要因は、水素原子のふるまいにあると研究者たちは見ている。水素原子は軽いため、金属格子のなかでもっとも高い周波数で振動をする。この金属格子の振動が超電導を左右し、水素を多く含む物質は比較的高温で超電導を起こす。

研究チームは、現在より高温で超電導を起こす物質を探している。「有力な候補となる物質は純粋な水素です」とEremets博士はいう。実際研究チームは水素を使った実験を開始しているという。ただし、そのためには数千万気圧をかける必要があり、そう容易でない。

現在の研究においては、高温での超電導を実現するために超高圧が必要だが、いずれは高圧下でなくても、現実的な温度での超電導が実現することが期待される。

Eremets博士いわく「ひょっとすると、ポリマーやその他の水素化合物を別の方法で金属に転換させることが、常温超電導を実現する方法として有力かもしれません」とのこと。安価で簡単に超電導が実現できる方法が確立されれば、さまざまな技術的応用が可能になる。

リニアモーターカーがより低コストで建設、運用できるようになるかもしれない。また、そのほかにも超電導を利用した装置が普及することになるだろう。

 

【参考・画像】

※ Hydrogen sulfide loses its electrical resistance under high pressure at minus 70 degrees Celsius – Johannes Gutenberg Universitat Mainz

※ 超電導リニアについて - JR東海

※ science, chemistry, biology, research and medicine concept – dna molecule chemical structure with hydrogen chemical formula over dark background – shutterstock

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