腐った卵の悪臭の原因となる硫化水素は、記録的な高温で超伝導体になることがドイツの物理学者によって示されました。凝固すると、化合物は 203.5 K で抵抗なく電気を伝導します。これはまだ低温で、水の凝固点より約 70°C 低い温度です。しかし、それはこれまでに達成されたものよりもはるかに高く、室温で超伝導を達成するという高い目標に大きく近づいています。チームの予備的な主張は 1 年以上前から出回っていたが、新しいデータがその主張を裏付けている、とイリノイ州レモントにあるアルゴンヌ国立研究所の理論家 Michael Norman は言う。 「それは本当の取引です。」
その結果、室温で動作する超伝導体や磁気浮上列車のビジョンが復活する可能性があります。しかし、落とし穴があります。硫化水素は、大気圧の 100 万倍以上、つまり地球の中心部の圧力の約 3 分の 1 の圧力まで圧縮された場合にのみ、魔法のように機能します。この状態では、ほとんどのアプリケーションで実用的ではありません。 「ここからどこへ行くの？」ワシントン D.C. の米国海軍研究所の理論家である Igor Mazin は、「おそらくどこにもないだろう」と尋ねています。それでも、この発見はすでに超伝導研究の方向性を変えつつあります.
科学者たちは、いくつかの種類の超伝導を知っています。いわゆる従来の超伝導では、ニオブなどの金属は、ほぼ絶対零度 (0 K) に冷却されると、抵抗なしで電気を運びます。金属は、負に帯電した電子が流れる正に帯電したイオンのケージのような配列で構成されます。電子は通常、ガタガタするイオンから逸れるときにエネルギーを失います。しかし、非常に低い温度では、電子はペアになります。電子を偏向させるには、対を壊す必要があります。それを行うのに十分なエネルギーが周囲にないため、ペアは自由に流れます。
しかし、何かが対になった電子を一緒に保持しなければなりません。従来の超伝導体では、その接着剤はフォノンと呼ばれるイオン格子の振動によって提供されます。フォノンは非常に強く保持されるため、通常の超伝導体の記録温度は、化合物である二ホウ化マグネシウムを使用して 39 K (または –234.5°C) でした。
しかし、1980 年代に物理学者は「高温超伝導体」のファミリーを発見しました。これは、はるかに高い温度で超伝導体になる銅と酸素を含む複雑な化合物であり、10 年前に、彼らは鉄とヒ素化合物の同様のファミリーを発見しました。これらの物質では、電子の相互作用だけが接着剤を提供しているように見えますが、物理学者はその方法を確信していません.
しかし、これらの発見があっても、一部の物理学者は、従来の超伝導でより高い転移温度を達成することを望んでいました. 1960 年代にさかのぼると、コーネル大学の理論家 Neil Ashcroft は、高圧下では固体水素が超伝導金属になるはずだと主張していました。アシュクロフトによると、軽い水素イオンは非常に高い周波数のフォノンで振動し、これが転移温度を上昇させる鍵となります。何十年もの間、実験者はダイヤモンドの先端の間に固体水素のビットを絞り込むことによって、そのような超伝導性を探してきました.
ドイツのマインツにあるマックス プランク化学研究所の物理学者である Alexander Drozdov と Mikhail Eremets とその同僚は、昨年、少し異なることを試みました。プレプリント サーバー arXiv.org の 12 月。これは、大気圧の 350,000 倍に圧縮された銅と酸素の超伝導体の 164 K の記録を更新しました。一部の物理学者は懐疑的でした.
今回、Drozdov と Eremets は、超伝導の第 2 の兆候を示すことで、疑問を解決しました。磁場にさらされると、自由に流れる電流が適用された磁場を打ち消す内部磁場を生成するため、超伝導体は磁場を放出するはずです。 Drozdov と Eremets は、Nature で今日オンラインで報告しているように、まさにその効果を見ています。 .実験者の円盤状のサンプルの直径は人間の髪の毛の幅よりも小さかったため、この測定は大きな偉業でした。研究者は現在、203.5 K という高い転移温度に達したと報告しています。
ただし、高い転移温度には大きな謎はありません。昨年 11 月、中国の理論家は加圧された硫化水素が 191 K から 204 K の間の転移温度、具体的には H2 として超伝導体になるはずだと計算しました。 S が分解して H3 を生成する 超伝導を行うS。 「このモデルがすぐに結果を説明し始めたので、私たちは幸運でした」と Eremets は言います。予想通り、この材料が従来の超伝導体であることに疑いの余地はほとんどありません。研究者が軽い水素原子をより重い重水素原子 (原子核に中性子を持つ水素) に置き換えると、転移温度は約 20% 低下しました。これは、フォノンが接着剤を提供する場合の予想どおりです。
この種の超伝導には、信じられないほどの圧力が本当に必要なのでしょうか?そうではないかもしれません、とEremetsは言います。圧力は硫化水素を金属に変えるだけだと彼は言う。そのため、科学者が代わりに組成を微調整することで金属に変えることができる化合物から始めることが可能かもしれません.マジンはあまり楽観的ではありません。 「これらの条件が大気圧でどのように達成されるかを想像するのは難しいです」と彼は言います.
しかし、ノーマンは、研究者が圧力を取り除くのではなく、反対のことをして、他の絶縁体を圧迫することによって新しい超伝導体を探すだろうと予測しています. 「昨年、これは大きな結果です」と彼は言います。 「すでにコミュニティに影響を与えています。」
*訂正、9 月 23 日、午後 5 時 54 分:ストーリーは、硫化水素で超伝導が発生する圧力を訂正し、キャプションで、写真の実験の説明を訂正するために変更されました。
