「室温超伝導」がまたニュースで取り上げられています！それは何ですか？それはどのように世界をひっくり返すのでしょうか?理解するための1つの記事

先月末、韓国の研究チームは、LK-99（黄銅鉱とリン化第一銅の化合物）と呼ばれる常温・大気圧超伝導体を発見したと発表した。そのニュースが報道されるやいなや、世界中の人々の注目を集めた。

結局、常温超伝導は次なる産業革命を牽引し、人々の日常生活を根底から覆すものになると考えられています。

一昨日、米国のローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）は、実験結果がLK-99を常温常圧超伝導体として裏付けるとする論文をarXivに投稿した。

また昨日、USTCチームはLK-99物質の焼成結果をインターネット上で更新し、そのごく一部に反磁性が見られました。華中科技大学の医師らは、「磁気的に浮遊させることができるLK-99結晶の合成を初めて検証した」と主張した。真の浮上ではないが、その角度は韓国研究チームの動画に映っているサンプルの磁気浮上角度より大きい。

また、東南大学の孫悦教授もビリビリで室温超伝導実験の全過程を発表したが、超伝導を示唆する信号は観測されず、作製されたサンプルや磁石はいかなる懸濁現象も生じなかったと述べた。

同様に、北京航空航天チームも、韓国チームのX線回折パターンを自分たちの結果と比較し、同じものが生成されたことを確認したため、LK-99で超伝導を発見できなかったと主張した。

LK-99の検証により、一時は「再出現の傾向」が引き起こされました。

国内外の学者らが議論しており、主要ソーシャルメディアのコメント欄は非常に活発だ。しかし、メロンを味わいながら、超伝導が何であるかを本当に理解していますか?室温超伝導とは何ですか?それは世界をどのように変えるのでしょうか?

超伝導：物理学の聖杯

室温超伝導の重要性を理解するには、まず超伝導とは何かを理解する必要があります。

Wikipediaによると、超伝導とは、ある一定の温度以下になると物質の抵抗がゼロになる現象を指し、この温度を超伝導転移温度（Tc）と呼びます。

電子が一般的な導電性材料を流れるとき、原子の形をした障害物に遭遇し、抵抗が生じて熱放散とエネルギー損失につながります。しかし、超伝導現象は魅力的です。絶対零度に近い極低温では、電子はペアになって物質内を楽に移動することができ、抵抗を無視して損失なく電気を伝導します。この抵抗の欠如により、ほぼ完璧なエネルギー伝達が可能になります。

超伝導の特徴は、電気抵抗がゼロであることと完全な反磁性であり、後者はマイスナー効果としても知られています。しかし、現在LK-99の複製に成功しているのは完全な耐磁性のみであり、ゼロ抵抗の側面はまだ検証されていません。

従来、超伝導体はその並外れた特性を発揮するためには極低温条件を必要とするため、その実用的応用は特殊な産業に限られていました。 1980 年代後半に「高温」超伝導体が発見され、比較的安価な液体窒素を使って到達できる温度で動作できるようになったため、新たな希望が生まれました。しかしながら、これらの高温超伝導体は脆く、実際の用途では加工が困難なため、広範囲にわたる使用が妨げられています。

そのため、ますます多くの科学研究チームが室温超伝導体の可能性を研究し始め、近年関連する研究が数多く発表されましたが、最終的には偽造され撤回されました。

常温超伝導体とも呼ばれる室温超伝導体は、摂氏 0 度以上の温度で超伝導を生成できる材料を指します。常温超伝導体の条件は、他の超伝導体と比較して、日常生活で実現しやすい動作条件です。

常温超伝導が実現すれば、電気・電子産業は一変し、抵抗なく電力を伝送できるようになり、これまでにない効率と技術の進歩がもたらされるでしょう。

2020 年現在、最高温度の超伝導体は、圧力が 267 GPa、臨界温度が +15 ℃ の超高圧炭素硫化水素系です。

室温超伝導が実現したら世界はどうなるでしょうか?

常温超伝導技術の継続的な開発と探求により、第四次産業革命を引き起こすことができるかどうかについて人々の期待が高まっています。今回発見された新しい常温超伝導体LK-99は、再現されれば夢が現実になるかもしれない。

そこで、質問です。室温超伝導が実現したら世界はどうなるでしょうか?始める際に役立つ例をいくつか示します。

1. より効率的なバッテリー

バッテリーに常温超伝導体を使用すると、スマートフォン、ノートパソコン、電気自動車など、さまざまなデバイスのエネルギー貯蔵容量が大幅に増加し、充電時間が短縮される可能性があります。その結果、電力の持続時間が長くなり、信頼性が高まり、日常的な使用体験が向上します。

2. 量子コンピュータ

室温超伝導体は量子コンピューティングに大きな進歩をもたらす可能性があります。超伝導材料は、複雑な計算を処理するために必要な繊細な量子状態を作成し、維持するために不可欠です。 LK-99 が実用的な室温超伝導体であることが確認されれば、よりアクセスしやすく実用的な量子コンピュータへの道が開かれ、さまざまな業界に、より高速で強力なデータ処理機能をもたらす可能性があります。

3. 再生可能エネルギーの貯蔵

太陽光や風力などの再生可能エネルギー源は、通常、断続的に電気を生成します。しかし、室温超伝導体の潜在能力を利用すれば、ピーク時に余剰エネルギーを効率的に蓄えることが可能です。この蓄えられたエネルギーは発電量が少ない期間に放出することができ、再生可能エネルギーの継続的かつ安定した供給が確保され、日常の電力需要を満たすためにクリーンエネルギーに頼ることがより実現可能になります。

4. 陸海空の乗り物のパワーと航続距離が飛躍的に向上する

電気モーターや推進システムに室温超伝導体を使用すると、輸送に大きな進歩をもたらす可能性があります。電気自動車、飛行機、船、電車は、エネルギー効率と性能の向上から恩恵を受けることができます。 LK-99 により、電気自動車の走行距離が長くなり、充電が高速化されるため、毎日の通勤に適したものとなり、二酸化炭素排出量を削減できます。

5. 超高速磁気列車

室温超伝導体は推進時のエネルギー損失を削減することで、磁気浮上式鉄道の速度向上を可能にし、都市部の乗客の毎日の通勤体験を向上させることができます。

6. エネルギー分配効率の向上

室温超伝導体を電力伝送システムに適用すると、長距離電力配給時のエネルギー損失を大幅に削減できます。この効率性の向上により、電気コストが削減され、より信頼性の高い電力網が実現します。

上記の応用分野はあくまでも推測の域を出ず、科学界にはまだ認知されていないことに留意すべきです。現在まで、LK-99 に類似した室温超伝導体の概念と実現は証明されておらず、その真の可能性と実用性は謎に包まれたままです。

しかし、興奮のなかにも疑問を抱く人もいる。超伝導分野では、これまで室温超伝導体に関する主張がいくつかなされてきたが、厳密な検証に耐えられなかった。そのため、科学界は依然として慎重な姿勢を保っており、韓国チームの研究結果のさらなる検証を求めている。研究結果の妥当性を判断するには、査読を受けた研究と結果の独立した複製が不可欠です。

注目すべきは、ちょうど今日、韓国のSBSニュースが、韓国の研究チームの室温超伝導論文の第一著者が、論文に欠陥があると主張して論文の撤回を要求したと報じたことだ。改良後、定期刊行物に投稿され、サンプルは学術界に提供され、検査されました。

かつては、人工知能（AI）はSFの世界だけに存在していましたが、今では私たちの日常生活に欠かせないものとなっています。

今日、室温、大気圧の超伝導体の可能性は、科学者や一般の人々の想像力をかき立てています。これが実現すれば、人類の想像力の無数の限界を打ち破り、技術進歩の新たな時代へと導くことになるでしょう。

付録：超伝導の発展の歴史の概要

1908年、オランダの物理学者カメルリング・オンネスがヘリウムの液化に成功した。 1911 年、オンネスは液体ヘリウムを使って水銀の温度を 4.15K まで下げると、水銀の抵抗がゼロになることを発見しました。彼はこの現象を「超伝導」と呼んだ。彼はこの功績によりノーベル物理学賞も受賞した。

それ以来、水銀は超伝導Tcが4.2Kで、科学者によって発見された最初の超伝導体となりました。いわゆる超伝導 Tc は超伝導転移温度、つまり超伝導体が通常の状態から超伝導状態に入る温度です。

1957年、ジョン・バーディーン、レオン・ニール・クーパー、ジョン・ロバート・シュリーファーの3人のアメリカ人科学者が、彼らの頭文字にちなんで名付けられた、超伝導の微視的メカニズムを説明するBCS理論を提唱しました。

この理論に基づいて、科学者マクミランは超伝導転移温度には上限があるかもしれないと提唱しました。一般にその上限は 40 K 以下であると考えられています。これが歴史的に有名なマクミラン限界です。

1986年、ドイツの科学者ヨハネス・ベドノルツとスイスの科学者カール・ミュラーは、セラミック金属酸化物が超伝導体として使用できることを発見し、銅ベースの高温超伝導体の時代を開き、1987年のノーベル物理学賞を受賞しました。

1987年、中国系アメリカ人科学者の朱景武、台湾の物理学者呉茂坤、中国本土の科学者趙忠賢が相次いでイットリウム・バリウム・銅・酸素材料の臨界超伝導温度を90K以上に引き上げ、液体窒素の「温度障壁」（77K）も破られた。

2008年、東京工業大学の細野秀雄氏とその協力者は、新しい種類の鉄系超伝導体を発見しました。その後、鉄系超伝導体の超伝導臨界温度は急速に 55K まで上昇しました。

2012年、清華大学の薛其坤氏とその協力者は、SrTiO3基板上に成長したFeSeの単一原子層の超伝導臨界温度が77Kを超えることを発見しました。これは鉄系超伝導体の超伝導臨界温度の最高記録でもあります。

2015年、物理学者は、硫化水素が極めて高い圧力（少なくとも150GPa、つまり約150万標準気圧）下で約203K（-70℃）の温度で超伝導相転移を起こすことを発見しました。これにより、硫化水素はこれまで知られている中で最も高温の超伝導体となりました。

2018年、中国の物理学学生、曹元氏は第一著者としてネイチャー誌に2本の論文を発表し、2層のグラフェンを1.1度の偏向角で積み重ねると1.7Kの温度で超伝導状態を達成することを発見した。

今日も超伝導の物語は続きます…

著者: Yan Yimi 編集者: Academic Jun