【物理】超伝導体の物質設計に道を開く新たな理論計算手法の開発/東京大など

超伝導体の物質設計に道を開く新たな理論計算手法の開発

ポイント
超伝導が発見されて１００年経つが、いまだに高温超伝導体の設計は成功していない。
物質が超伝導体に転移する温度を、精密に理論計算する新手法を開発。
新たな高温超伝導体の物質設計が可能となり、新物質の探索や合成の加速に期待。


ＪＳＴ 課題達成型基礎研究の一環として、東京大学 大学院工学系研究科（理化学研究所 創発物性科学研究センター　客員研究員）の有田 亮太郎　准教授と
同大学の明石 遼介　大学院生は、物質の結晶構造と構成元素の情報だけを用いて、超伝導体が超伝導状態に変化する転移温度を精密に評価する新理論計算手法を開発しました。

超伝導注１）が初めて観測されてから１００年以上が経過しますが、超伝導状態に転移する温度（Ｔｃ ）は一般的に絶対温度０ケルビン（セ氏−２７３度）近辺と非常に低く、
その活用には液体ヘリウムなど高コストな冷却手段が必要で、社会的な応用は限られているのが課題です。
これまでに、銅酸化物高温超伝導体注２）や鉄系高温超伝導体注３）など、通常の物質に比べて比較的高いＴｃ を持つ高温超伝導体が発見され、
低損失大電力送電などの応用研究が行われていますが、実用化に向けては、さらにＴｃ を高め、室温に近づけることが不可欠です。
ところが、これまで新たな高温超伝導体の探索は、試行錯誤しながら合成するしかなく、効率が悪い上に探索範囲も限られていました。
そのため、高温超伝導体のＴｃ を理論的に正確に予測し、未知の有望な新物質の探索や新材料設計の効率を飛躍的に向上できる理論計算手法の確立が切望されてきました。

有田准教授らは、アルミニウムや鉛などの単純な超伝導体では、すでに「超伝導密度汎関数理論注４）」という計算法によってＴｃ の高精度な予測が可能であることを基盤に、
より複雑な発現機構を持つ高温超伝導体についてもＴｃ の予測を可能とする計算法を開発しました。
本手法では、結晶の格子振動が単純な超伝導体の起源となるのに対し、物質中の電子集団の振動が高温超伝導発現の起源になりうることに着目して、
超伝導密度汎関数理論に電子集団の振動を因子として加えています。
この手法を、常圧下で非常に低いＴｃ を持つ一方で高い圧力下で急激にＴｃ が上昇するリチウムに適用し、
Ｔｃ の予測精度を検証したところ、既存手法では不可能であった理論計算によるＴｃ の正確な評価に、世界で初めて成功しました。

本成果は、高温超伝導体のＴｃ の予言に適用できる新理論計算手法の精度を実証したものです。
本手法で、超伝導密度汎関数理論を用いて正確なＴｃ を見積もることができる物質の範囲が大きく広がり、新たな超伝導体物質を設計する指標が提示されるため、
今後の材料探索や合成が一気に加速し、将来的には超伝導モーターや送電線の実現に資することが期待されます。
本研究成果は、米国科学誌「Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ」にオンライン版で近日中に公開されます。

-*-*-*- 引用ここまで　全文は記事引用元をご覧ください　-*-*-*-

▽記事引用元　科学技術振興機構（ＪＳＴ）平成２５年７月３１日配信記事
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20130731/index.html

＊ご依頼いただきました。

2ちゃん

答えは身の回りにあるものだよ

ワインで煮込んだらいいんだろ

早く常温超伝導体作ってくれよ

盛り上がったのはもう随分と前だな

定温超伝導材料が出来たら，配電ロスが激減して発電所の数が減らせる

めっちゃ大発見じゃん！

なるほどそういうことか
十分理解できた

>>9
超伝導には電流密度の上限があってな。
特殊なｹｰﾌﾞﾙを作るコスト考えたら太い銅線使うほうがいい。
ｹｰﾌﾞﾙの面積を太くした分だけロスが減るわけだ。

東大って数理物理に強い感じ？

後は京とかで総当たり計算して実実験か。

数学なら京大ってイメージだけど

そういえば一時期「常温超電導」とかもてはやされていたんだが、
日本のエネルギー問題に貢献するような物がそろそろ出てくる？

デスラーコイルで電力を送る

グラフ見るとそこまですごくない気がするんだが

低重力下で金属を精製したらいいんだ

>>16
それまで誰も再現できなかった実験を再現できる理論を作るってのは実は凄い大変なことなんです
特に高温超伝導の転移温度の予想は確かかなり手ごわい問題だったはず

>>16
俺が院生だったらこんなクソ研究
　　∧_∧
⊂（#・д・） 　わろすって言ってんだろ！！
　/　　　ﾉ∪
　し―-J　|l| |
　　 　 　 　 人ﾍﾟｼｯ!!
　　　　　　　＿＿
　　　　　　　＼　 ＼
　　　　　　　　 ￣￣
って感じだな

これ、レーザーか磁力使えばいい気がするわ
ただ、相当精度良くやらないとエネルギー収支的に無意味になるかもｗ

べつに、超電導でなくても１００倍流せる物が開発されてるから、
それでいいんじゃない？

【技術】産総研、銅の100倍まで電流を流せるカーボンナノチューブ銅複合材料を開発したと発表
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1374580879/l50

それは用途が違います。ぜんぜん違う

【超電導】酒の有機酸で超電導　物材機構、仕組み解明
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1342422850/
【超伝導】グラファイト粒子で世界初の室温超伝導達成か　/ドイツ
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1350759277/

【超伝導】二硫化モリブデンを材料にした電界効果トランジスタで超電導発現に成功/東大・理研
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1354366847/
【超伝導】高温超電導で過去最高、絶対温度153度で実現/産総研・理研
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1359557099/

【超伝導】高温超電導の一端を解明　電子に着目/岡山大
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1285857809/
【物理】東北大など、高温超伝導物質の「磁束粒子のピン止め」の3次元的観察に成功
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1330095920/
【超伝導】超伝導に関与する異常な電気抵抗を発見 −未知の量子相が引き起こす超伝導の解明へ−…日本原子力研究開発機構
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1330612449/
【物理】磁束が超伝導材料の細線を量子的にトンネルする現象 コヒーレント量子位相スリップ効果を確認 正確な電流測定に活用-理研、NEC 画像あり
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1335329763/
【物理】超伝導転移温度の高さと電子対の強さをつなぐ法則を発見　回転する電子対による超伝導の核心部分に光明
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1369010926/

なんでこんな血眼になって探してるんだろうな
実は温度限界があるんじゃないのか？

温度限界があると思われて研究熱が下がってた頃に
理論限界を超える高温超伝導体が見つかって30年ぶりの新記録を達成して
すごく話題になってまた研究が活発になったけどやっぱり限界が見えてきて熱が下がってきてるけど
最近新しい鉄系超伝導物質が見つかってまた研究が活発化したらしいけどよくわからない

常温核融合はめっきり聞かない。

これとスパコン組み合わせればいいわけか