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Jul 13, 2023

日本の東海大学の研究者は、錫の融点に近い臨界温度を有する室温超伝導体を発見した

I ricercatori dell’Università di Tokai hanno creato i materiali raccolti.

東海大学の研究者は、n-アルカンをグラファイトに接触させることによって得られる、室温でほとんどエネルギー損失なく電気を通すことができる材料を作成しました。 彼らは、二探針抵抗測定により、加熱中に材料の相転移を示す抵抗の急激な上昇が観察されたと報告しています。 ピッチ系グラファイト繊維と炭素数 7 ～ 16 の n-アルカンからなる材料の臨界温度の測定値は 363.08 ～ 504.24 K (摂氏 231 度) の範囲であり、転移幅は 0.15 ～ 3.01 K の範囲です。また、超電導体であることも実証されています。 504 K (摂氏 231 度) を超える臨界温度は、16 個以上の炭素原子を持つアルカンによって得られます。

融点（摂氏）

1986年にBCS限界（約30K）を超える臨界温度を有する銅酸化物超伝導体（Ba-La-Cu-O系）が発見され、その後、臨界温度を超える銅酸化物超伝導体（Y-Ba-Cu-O系）が発見されました。 77 Kを超える臨界温度が発見されました。 さらに、臨界温度133 KのHgベースの銅酸化物も発見された。 133 K は、大気圧下における従来の超電導体の最高臨界温度です。

彼らは、アルカンを黒鉛材料と接触させることによって得られる可能性のある室温超伝導体材料を発見した。 私たちは、n-オクタンに浸した薄い黒鉛フレークを圧縮したリング状の容器内のリング電流が室温で50日間減衰しないことを示し、この材料が室温でエネルギー損失なく電気を伝導できることを示唆しました。

しかし、これらの材料の臨界温度は測定されていません。 そこで本研究では、黒鉛材料にアルカンを接触させて得られる室温超電導体の臨界温度を測定することを試みた。 しかしながら、上記測定対象物は不均質な材料であるため、その抵抗測定には四探針法を適用することができない。 その理由は、不均質材料では測定電流経路が必ずしも電圧測定端子を通らない可能性があり、2つの電圧測定端子間の電位差がゼロになったとしても、必ずしも電圧測定端子がゼロになるとは限らないからです。抵抗がゼロになります。

このように、不均質材料に対する四探針法による抵抗測定は誤解を招きます。 常電導状態から超電導状態への遷移、または超電導状態から常電導状態への遷移には、急激な抵抗変化が伴う。 二探針法による抵抗測定の結果には接触抵抗が含まれますが、臨界温度での抵抗値の急激な上昇は二探針法により判別できます。

アルカンと黒鉛材料を接触させて得られる混合物は、室温において抵抗がほぼゼロであることが確認されている。 黒鉛材料にアルカンを接触させた混合物を室温から徐々に加熱すると、臨界温度に達すると混合物の抵抗が急激に上昇します。 本研究では、黒鉛材料とアルカンからなる混合物の臨界温度を二探針法により測定した。

本研究では黒鉛材料としてピッチ系黒鉛繊維を使用した。 臨界温度測定用のサンプルは、黒鉛繊維をポリテトラフルオロエチレン（PTFE）チューブに詰め、シリンジでアルカンを注入することで調製しました。 ピッチ系黒鉛繊維は脆いため、PTFEチューブに充填する際に繊維が砕けてしまう場合があります。 したがって、アルカンを PTFE チューブに注入する前の、充填されたピッチベースのグラファイト繊維の抵抗は、広範囲の値になります。

彼らは、2 プローブ抵抗測定を使用して、PTFE チューブに挿入されたグラファイト繊維とアルカンの混合物の加熱中に抵抗が急激に上昇することを観察しました。 この観察は、黒鉛繊維とn-アルカンの混合物中で超伝導状態から常伝導状態への相転移が起こったことを示しています。 つまり、PTFEチューブに詰められた黒鉛繊維とn-アルカンの混合物は、抵抗が急激に上昇するまで超電導状態を保ち、抵抗が急激に上昇する温度が臨界温度であることを示しています。 彼らは、ピッチベースの黒鉛繊維を PTFE チューブに詰める場合、チューブへの詰め方によっては粉々に砕ける可能性があることに気づきました。 グラファイト繊維が細かくなると、グラファイト繊維が詰められた PTFE チューブにアルカンを注入する前のサンプルの抵抗が大きくなります。 相転移時の抵抗変化量と臨界温度の関係から、繊維が細かくなると臨界温度が低下することがわかった。 すなわち、エッジ平面表面に対するベーサル平面表面の比率が減少するにつれて、臨界温度は減少する。 この事実は、超伝導において基底面が重要な役割を果たしているということを示唆している。 さらに、アルカンの炭素数が多いほど、つまりアルカンの沸点が高いほど、臨界温度が高くなることが分かりました。 彼らは、16個以上の炭素原子を有するn-アルカンを使用することにより、500Kを超える臨界温度を有する超電導体が得られることを実証した。

ブライアン・ワンは未来派の思想的リーダーであり、月間 100 万人の読者を抱える人気の科学ブロガーです。 彼のブログ Nextbigfuture.com は、科学ニュース ブログで第 1 位にランクされています。 宇宙、ロボット工学、人工知能、医学、アンチエイジングバイオテクノロジー、ナノテクノロジーなど、多くの破壊的テクノロジーとトレンドをカバーしています。

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