超伝導体は、抵抗のない電気を行う材料であり、高速列車、エネルギー効率の高い送電線、医療イメージングなどのさまざまな用途に有望です。 2008年に発見された鉄ベースの超伝導体は、従来の超伝導体よりも高い温度で動作する可能性がある材料のクラスであり、それによりエネルギー損失を減らします。
ジャーナル「Nature Physics」に掲載された研究では、研究者は、角度分解光排出分光法（ARPES）と呼ばれる技術を使用して、鉄ベースの超伝導体の電子構造を調査しました。この手法により、材料内の電子のエネルギーと運動量を測定することができ、材料の電子特性と超伝導性を引き起こすメカニズムに関する洞察を提供しました。
驚くべきことに、チームは、特に鉄原子の周りの電子の配置において、電子構造に特徴的な非対称性を観察しました。この非対称性は、より対称的な配置を予測していた既存の理論モデルに挑戦しました。
「観察された電子非対称性は、現在の理論のいずれでも説明できない指紋のようなものでした」と、ソリッドステート研究のためのマックスプランク研究所のアレクサンダー・フェドロフ博士は述べました。
より深い理解を得るために、研究者は追加の実験と理論計算を実施しました。彼らは、非対称性が電子と材料内の格子振動との相互作用から生じることを発見しました。これらの相互作用は電子構造を変更し、観察された非対称性につながります。
この電子非対称性の発見は、新しい超伝導体の開発に大きな意味を持つ可能性があります。これらの電子的相互作用を理解して制御することにより、科学者は、より高い超伝導遷移温度とパフォーマンスの向上を伴う材料を設計できる場合があります。
「私たちの調査結果は、鉄ベースの材料における超伝導性の電子的特性とメカニズムに関する新しい視点を提供します」と、共著者であるMax Planck Institute for Solid State ResearchのディレクターであるPhilipp Gegenwart博士は述べています。 「彼らは、さまざまな用途向けのより効率的な超伝導材料の開発への道を開いています。」
この電子非対称性の結果を調査し、鉄ベースの材料の超伝導に影響を与える他の要因を特定するには、さらなる研究が必要です。これにより、最終的には、ニアルームの温度で動作する非常に効率的な超伝導体の実現につながり、エネルギー、輸送、および医療分野の技術に革命をもたらす可能性があります。
