掲載日：2014/12/25

　東京大学は12月22日、スーパーコンピュータ「京」を駆使することで、計算機の中で鉄系高温超伝導体の超伝導を再現することに成功し、さらに超伝導が起きる仕組みも明らかにしたと発表した。

　同成果は、同大大学院 工学系研究科 物理工学専攻の三澤貴宏助教、今田正俊教授らによるもの。詳細は、「Nature Communications」に掲載された。

　鉄系超伝導体は2008年に、東京工業大学の細野秀雄教授のグループにより発見されて以来、この物質群に属する化合物が多数発見されている。物質が超伝導を示す温度(転移温度)が-220℃を上回る高温超伝導体を含むことから、この物質群で超伝導が起きる仕組みを明らかにすることで、より高い転移温度の超伝導体を作る指針になると考えられ、全世界で精力的な研究が行われている。

しかし、超伝導が生じる仕組みは未だよく明らかにされていない。その1つの原因として、最近まで鉄系超伝導体のような複雑な化合物の理論模型を調べる有効な方法がなかったことが挙げられるという。

　研究グループは、スーパーコンピュータ「京」を活用し、鉄系超伝導体を第一原理計算によって理論解析することで、従来はあまり重要と思われていなかった一様な電荷感受率と呼ばれる電子密度のゆらぎの増大が超伝導の原因であることを見出した。

続きはソースで

<参照>
東京大学工学部　鉄系高温超伝導が生じる仕組みをスーパコンピュータ「京」を用いて解明
-電子密度の揺らぎと超伝導の出現が連動- ： 物理工学専攻　三澤 貴宏助教＆今田 正俊教授
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/epage/release/2014/141224_1.html

Cornell University Library - [1409.6536] Superconductivity and its mechanism in an ab initio model for electron-doped LaFeAsO
http://arxiv.org/abs/1409.6536

<記事掲載元>
http://news.mynavi.jp/news/2014/12/25/223/

超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果発見
掲載日：2014年12月5日

超伝導の前駆現象である超伝導ゆらぎによる巨大な熱磁気効果を、日本の研究チームが発見した。
ある種のウラン化合物超伝導体で、熱磁気効果がこれまでの超伝導体よりけた違いに大きくなることを、京都大学大学院理学研究科の大学院生の山下卓也(やました たくや)さんや住吉浩明(すみよし ひろあき)さん、松田祐司(まつだ ゆうじ)教授らが確かめた。

熱磁気効果とは、磁場中で縦方向の温度差を横方向の電圧に変換する熱電変換のこと。
今回得られた巨大熱磁気効果は、超伝導への理解を深め、新しいデバイスに使える現象として期待される。
東京大学の芝内孝禎(しばうち たかさだ)教授、大阪大学の藤本聡(ふじもと さとし)教授、日本原子力研究開発機構の芳賀芳範(はが よしのり)研究主幹らとの共同研究で、12月1日付の英科学誌ネイチャーフィジックスのオンライン版に発表した。

物質が電気抵抗ゼロの超伝導になる温度(超伝導転移温度)より少し高い温度で形成される「超伝導の泡」を超伝導ゆらぎと呼ぶ。
これは超伝導の前駆現象で、その際、熱磁気効果が観測されるが、ごく小さいとされている。
理論物理学を専攻する住吉浩明さんが、新しいタイプの超伝導ゆらぎを提案し、熱磁気効果が大きくなる場合があることを予言した。

この理論を参考に、山下卓也さんらの実験チームがウラン化合物超伝導体URu2Si2の極めて純度が高い試料を用い、超伝導ゆらぎに起因した熱磁気効果を精密に測定した。
このウラン化合物は絶対温度1.5度以下の極低温で超伝導になるが、絶対温度1.5度～5度では局所的に超伝導の泡が生成・消滅を繰り返す超伝導ゆらぎが起きる。
測定の結果、試料の純度が増すほど、超伝導ゆらぎによる熱磁気効果が顕著に現れた。

続きはソースで


▽記事引用元
http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/12/20141205_01.html
SciencePortal（http://scienceportal.jst.go.jp/）掲載日：2014年12月5日

▽関連リンク
京都大学
超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果の発見　2014年12月02日
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/141202_1.html

京大ら，「ボース・アインシュタイン凝縮に最も近い超伝導状態」を実現
http://optronics-media.com/news/20141106/27696/
OPTRONICS 2014年11月06日


京都大学，理化学研究所，物質・材料研究機構，独カールスルーエ工科大学の研究者らは共同で，鉄を含んだ金属間化合物において「ボース・アインシュタイン凝縮に最も近い超伝導状態」が実現し，さらにこの物質が強磁場中で別の超伝導状態に移り変わることを発見した*。

金属中の伝導電子は，通常，数万度という高い運動エネルギーを持って飛び回っている。一方，超伝導は，二つの電子の間に引力が働き，電子のペアが形成されることによって生じる。通常の超伝導物質では，電子の運動エネルギーは，ペアを作ろうとするエネルギーよりも圧倒的に大きいことが知られている。

逆に，電子がペアを作るエネルギーが強くなった極限では，強く束縛された分子状のペアが作られ，ペア同士は互いに弱く相互作用した状態で超流動や超伝導を起こすことが示唆されている。

この現象は「ボース・アインシュタイン凝縮」と呼ばれている。この二つの中間状態では，ペアの大きさと電子の平均間隔が同程度になっている。この状態ではペア同士の相互作用が非常に強くなると考えられ，非自明な量子状態が実現される可能性があることから興味が持たれている。しかし，これまでの実際
の超伝導物質では，ボース・アインシュタイン凝縮に近いような状態は発見されておらず，また，そのような超伝導でどのようなことが起こるかも分かっていなかった。

今回，研究チームは，鉄を含んだ金属間化合物FeSeの電子状態と超伝導状態を，新しく開発した純良な結晶を用い，走査型トンネル顕微鏡法／分光をはじめとした様々な実験手法により調べることに成功した。その結果，電子の運動エネルギーとペアを形成するエネルギーがほぼ同じであり，この物質ではこれま
でのどの物質よりもボース・アインシュタイン凝縮に近い超伝導が実現していることを発見した。

さらに，このような異常な超伝導において，低温・強磁場中での性質を調べ，電子の運動エネルギーと，ペアを作ろうとするエネルギー，さらに磁場のエネルギーが同程度になることで，三つのエネルギーの競合が起こり，新しい超伝導状態が実現することを発見した。

今回発見された超伝導状態は，これまでの物質で実現されたことのない量子状態であると考えられ，この状態を詳細に調べることにより，新しい概念が得られることが期待されるという。


* ニュースリリース
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/141104_2.html

１．独立行政法人物質・材料研究機構（理事長：潮田資勝）元素戦略磁性材料研究拠点（代表研究者：広沢哲）の宝野和博フェローのグループは、ハイブリッド自動車の駆動モータとして使われているネオジム磁石注１）よりも少ないレアアース注２）濃度で、同等以上の優れた磁気特性を持つ新規磁石化合物ＮｄＦｅ１２Ｎｘの合成に成功しました。

２．ハイブリッド自動車用モータには、ジスプロシウムを８％程度含むネオジム磁石が使用され、その使用量が急増していますが、ジスプロシウムやネオジムなどのレアアースは、原料の地政学的リスクが高いことから、その使用に頼らない磁石の開発が強く求められています。
ネオジム磁石は１９８２年に佐川眞人氏により発明された世界最強の磁石であり、ネオジム２：鉄１４：ホウ素１という磁石化合物（Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ）を主成分とした磁石です。
Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ化合物の高い異方性磁界注３）と高い磁化のために、ネオジム磁石は優れた磁石になります。
新たに合成に成功した新規磁石化合物ＮｄＦｅ１２Ｎｘは、このＮｄ２Ｆｅ１４Ｂ化合物のレアアース量よりも１０％も低い量で、同等以上の磁気特性を持つことが見いだされました。

３．これまでの研究で、ＮｄＦｅ１１ＴｉＮは安定に合成できる磁石化合物として知られていました。
しかし磁性を持たないＴｉが添加されているために、その磁化はＮｄ２Ｆｅ１４Ｂよりも劣り、これまでほとんど注目されませんでした。今回の研究では非磁性元素のＴｉを使わずにＮｄＦｅ１２Ｎｘ化合物の比較的厚い膜の合成に成功し、その固有物性値を測定したところ、これまで最強のＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを凌ぐ磁気特性、つまり、室温でより高い異方性磁界（約８テスラ）、より高い飽和磁化注４）（５％の誤差で１．６６テスラ）を持つことを発見しました。

４．この化合物の磁気特性は高温でＮｄ２Ｆｅ１４Ｂを凌ぐことから、この化合物で磁石を作ることができれば、ハイブリッド自動車用磁石で大量に使われているジスプロシウムを使わなくても優れた磁石特性が得られると期待されます。またＮｄ２Ｆｅ１４ＢではＮｄの質量比が２７％であるのに対し、ＮｄＦｅ１２ＮｘではＮｄの質量比がわずか１７％で済むために（ｘ＝１として算出）、レアアースの使用を大幅に削減でき、さらに高価なホウ素を必要としないために、資源的・価格的に有利な化合物と言えます。今後、実用的な磁石の実現に向け、ＮｄＦｅ１２Ｎｘを粉で大量に作る方法や、その粉を磁石の形に固めていくプロセスを開発して行きます。

５．本研究は、文部科学省元素戦略プロジェクト＜拠点形成型＞により運営されている物質・材料研究機構元素戦略磁性材料研究拠点で行われました。
新物質の磁化測定は独立行政法人科学技術振興機構（ＪＳＴ）戦略的創造研究推進事業チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）
「元素戦略を基軸とする物質・材料の革新的機能の創出」研究領域（研究総括：玉尾皓平）における研究課題
「ネオジム磁石の高保磁力化」の協力により行われました。本成果は、金属系材料の速報誌ＳｃｒｉｐｔａＭａｔｅｒｉａｌｉａに１０月２０日付けで掲載されます。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20141020/