中国の高温超電導における新たなブレークスルー：ニッケル系材料がマクミラン限界を突破

銅系材料、鉄系材料に続き、ニッケル系材料が大気圧で40Kのマクミラン限界を突破する第三の高温超電導材料系となりました。南方科技大学の薛其坤学長が率いる南方科技大学、広東省、香港・マカオ湾区量子科学センター、清華大学の共同研究チームによるこの重量級の成果は、一流学術誌「ネイチャー」（Nature）に掲載されました。

　　米国に拠点を置き、中国、台湾、香港、マカオの政治、経済、社会、生活、金融などのニュースを世界中の華人向けに発信するメディアの世界新聞網の記事より。

　　澎湃新聞の報道によると、上記の共同研究チームは、大気圧環境下でニッケル酸化物材料の高温超伝導を実現し、超伝導転移温度がマイナス233℃に相当する40ケルビン（K）を超え、ゼロ抵抗と反磁性という2つの特徴が観測された。この成果は、高温超伝導メカニズムの科学的問題を解決するための新たなブレークスルーを提供するものです。

　　超伝導とは、特定の物質が非常に低い温度に冷却されると、その電気抵抗がゼロになる現象です。この現象は以下の特徴を持っています：
　　電気抵抗ゼロ：超伝導状態では、電流が抵抗なく物質内を流れるため、非常に効率的な電力伝送や保存が可能です。
　　マイスナー効果：超伝導体は外部磁場を排除する性質（反磁性）を示します。これにより、超伝導体の上に磁石を浮かせることが可能です（磁気浮上）。

　　1911年に超伝導が発見されて以来、国際的な科学界では、より高温での超伝導物質の探索が重要な研究方向となっています。

　　近年、ニッケル系超電導材料が「台頭」してきました。近年、国内外で関連研究が発表されていますが、いかにして高圧力の限界を取り除き、大気圧での高温超伝導を実現するかは、世界中の科学者にとって依然として難題となっています。

　　南方科技大学によると、過去3年間、薛其坤学長と陳卓宇准教授が率いる研究チームはこの問題に取り組み続け、「強酸化原子層エピタキシー」技術を独自に開発しました。

　　この技術は、数万倍強い条件の伝統的な方法よりも酸化能力にすることができます。それでもナノスケールの「ビルディングブロック」のように、層ごとの原子層成長を達成し、化学比の正確な制御は、複雑な構造、熱力学的亜安定性を構築し、結晶の品質は完璧な酸化膜になる傾向があります。

　　これは、酸化物薄膜のエピタキシャル成長技術における大きな飛躍であり、広帯域半導体を含むさまざまな種類の酸化物における酸素欠乏問題の解決策を提供するだけでなく、高温超伝導体のような強相関電子系の人工的な設計や調製を拡大するものです。

　　研究チームは次に、この技術をニッケルベースの超伝導材料の開発に応用しました。具体的には、原子レベルで平滑な基板の上にニッケルや酸素などの原子を精密に配置し、厚さわずか数ナノメートルの超薄膜を構築しました。特に研究チームは、非常に強い酸化環境下での界面工学による「原子リベット接合」を実現し、他の方法では安定に存在するために極めて高圧な環境を必要とする原子構造を固定しました。

　　報告書によると、研究チームは1,000以上のサンプルをテストし、最終的に大気圧で超伝導を得ることに成功しました。精密な電磁輸送測定により、ゼロ抵抗と反磁性が観測され、高温超伝導の存在が確認されました。

　　ニッケルベースの超伝導研究は現在、国際的な科学界で最先端のホットスポットとなっており、世界的な競争は並外れて激しくなっています。スタンフォード大学などのチームがほぼ同時に、同様の材料系で大気圧超伝導を報告しています。

　　しかし、中国のチームは、この研究ですべて国内の機器を使用し、強力な酸化能力を持つ独自の薄膜成長技術を開発し、より高い結晶品質の薄膜材料を得ることに成功した。これは、科学的なブレークスルーの発見を達成しただけでなく、超伝導、さらには量子材料の分野における中国の長期的な自主開発のための強固な基礎を築きました。

+++++++++++++++++++++++++++++

　　超伝導の発見から高温超伝導体の発見までの歴史は、物理学における重要なマイルストーンです。この歴史を以下に説明します。

超伝導の発見（1911年）

　　超伝導の発見は、オランダの物理学者ヘイケ・カメルリング・オンネスに遡ります。1911年、彼は水銀を絶対零度近くまで冷却し、その電気抵抗が突如としてゼロになる現象を発見しました。これが超伝導の最初の観察であり、その後の物理学研究に大きな影響を与えました。

早期の超伝導研究

　　その後の数十年間、超伝導は低温領域での現象とされ、液体ヘリウムを使用して冷却する必要がありました。1933年には、ヴァルター・マイスナーとロバート・オクセンフェルトが、マイスナー効果（超伝導体が外部磁場を排除する現象）を発見し、超伝導の本質を理解するための基盤を提供しました。

BCS理論（1957年）

　　1957年、ジョン・バーディーン、レオン・クーパー、ジョン・シュリーファーによるBCS理論が発表されました。これは、超伝導が電子対（クーパー対）の形成によって説明されるという理論で、低温超伝導体のメカニズムを科学的に理解する大きな進歩でした。

高温超伝導の発見（1986年）

　　高温超伝導の時代は、1986年にIBMのジョージ・ベドノルツとカール・ミューラーによって開かれました。彼らは、ランタン-バリウム-銅-酸素系（La-Ba-Cu-O系）の化合物において、35K（約-238°C）の転移温度を持つ超伝導を発見しました。これは従来の超伝導物質の転移温度（23K以下）よりも高い温度で、ノーベル物理学賞を受賞する業績となりました。