磁場が超伝導を強化する——東北大、従来と異なる超伝導発現メカニズムを解明

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東北大学金属材料研究所は2017年2月21日、ウラン化合物強磁性体(UCoGe)の超伝導発現メカニズムを解明したと発表した。極限環境下で物性実験を実施し、UCoGeでは磁場によって超伝導が強化されることを明らかにしたという。今回の研究成果は、新たな超伝導材料の開発につながる可能性がある。

磁性と超伝導は相反する現象だと考えられてきた。特に、磁気モーメントの向きがそろった強磁性状態は、超伝導に必要な2つの電子の対(超伝導電子対)を破壊する。一方、UCoGeでは超伝導と強磁性が共存する。しかし、その理由については分かっていなかった。

研究グループは今回、UCoGeの超高純度の単結晶を育成し、その輸送現象(電気抵抗・熱伝導度)と磁化を極低温・強磁場という極限環境下で精密に測定。その結果、強磁性の磁気モーメントと平行に磁場を加えたときは超伝導電子対が弱まり、垂直に磁場を加えたときは逆に強まることが分かった。つまり、垂直に磁場を加えると磁場に対して極端に強い超伝導が発現することが明らかになった。

磁場に対して強い超伝導体の発見は、実用上の重要な課題だ。リニアモーターカーやMRIなど、さまざまな場面で超伝導磁石が使われている。超伝導磁石は強い磁場で超伝導を壊してしまう恐れがあり、最大磁場には限界があった。だが、磁場に対して強い超伝導の発現メカニズムが解明されたことは、新奇な超伝導体の発見や磁場に強い新超伝導材料開発への道を切り開くことが期待できる。

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