1 世紀以上にわたり、科学者たちは物質の聖杯を探し求めてきました。それは、室温超伝導体、つまり抵抗なく電荷を運ぶことができ、私たちが知っているエネルギーの世界に大変革をもたらす物質です。
ロチェスター大学の研究チームは今週、そのような物質を発見したと発表したが、科学界の一部からは懐疑的な意見も出ている。この新たな研究はネイチャー誌に掲載された。この科学について知っておくべきことを以下にまとめた。
室温超伝導体とは何ですか？
室温超伝導体の開発は物理学における崇高な目標であり、暗黒物質の正体や宇宙の加速膨張の原因を解明することと並ぶものです。超伝導体は抵抗なく電流を伝送するため、A地点からB地点へ電気を送る際にエネルギー損失が発生しません。しかし、現在の超伝導体は極低温と高圧下で動作する必要があるため、特殊な研究室以外では実用的ではありません。
室温で動作できれば、超伝導材料はもはや実験の領域に留まらず、世界のエネルギーインフラに組み込むことができるようになるでしょう。
しかし、1911年に超伝導が発見されて以来、科学は室温超伝導の謎を解明できていません。物理学者たちは様々な種類の超伝導体――例えば、冷却したランタン水素化物や硫黄臭のする硫化水素など――をあれこれ試してきましたが、どれも成果を上げていません。これらの物質は超伝導性を示すものの、骨まで凍るような温度と途方もない圧力下でしか発現せず、現実世界の電子機器には実用的ではありません。
完璧な室温超伝導体の探求には、材料科学者、エンジニア、物理学者がさまざまな水素化物を試して、ゼロ抵抗の魔法を働かせるためにそれほど難しい条件を必要としない水素化物を探し求めています。
ロチェスター大学のチームは何を達成しましたか?
超伝導の脅威にさらされている最新の化合物は水素化ルテチウムです。ロチェスター大学の科学者たちは、この化合物が華氏69度、圧力10キロバール（1平方インチあたり14万5000ポンド）で超伝導状態になることを発見しました。参考までに、NOAAによると、海面での圧力は約15psiですが、マリアナ海溝の底では約16,000psiです。
145,000psiは明らかにまだ大きな圧力です。しかし、ロチェスター大学の発表によると、これはチームの研究室で超伝導を誘発するためにこれまで必要とされていた圧力より2桁も低いとのことです。
この発見を行ったロチェスター大学の機械工学者、ランガ・ディアス氏の研究室によると、「私たちは今、現代の超伝導の時代に入ったと信じている」という。
しかし、ディアス氏の研究分野の他の研究者たちは懐疑的だ。ディアス氏を含むチームが2020年にネイチャー誌に発表した論文は、炭素質水素化硫黄で室温超伝導を実現したと主張していたが、発表された日付やデータに関して何度も更新が行われた。その後、2021年8月にネイチャー誌に掲載されたMatters Arisingの記事で、ディアス氏の論文とは無関係の物理学者2人がこの主張に異議を唱え、チームが超伝導と関連付けた現象は、実際には誇張された物質状態とは関連がないと主張した。
2022年9月、ディアスチームによる最初の論文は撤回されました。しかし、新しい論文は審査を通過しました（少なくとも出版されるには十分な内容ですが、撤回された論文も同様です）。
ニューヨーク・タイムズ紙によると、ディアス氏は以前の失態で、他の科学者の論文の言葉をそのまま自分の論文に引用していたが、この出来事は引用を忘れたことによるものだとディアス氏は考えている。
最近の実験では、研究チームは99%の水素と1%の窒素を混合したガスを、非常に希薄な金属であるルテチウムとともに容器に入れました。ガスと金属を華氏392度で数日間反応させたところ、得られた化合物は青く光りました。
彼らはこの化合物をダイヤモンド（最も硬い鉱物で、何かをつまんだり、絞ったり、潰したりする実験でよく使われる）のセルに押し込んだ。ダイヤモンドの間に押し込むと、ディアス研究室で調合された化合物は青色から鮮やかな赤みがかったピンク色に変化した。超伝導状態になったのだ。
この新たな実験の結果を他のチームで再現できれば、材料科学における未入手物質の探求において刺激的な瞬間となり、電気分野における真の変革をもたらすことになるかもしれない。
しかし今のところ、この聖杯の探求は続いており、材料科学界がどれだけその発見に近づいているかは解釈次第だ。しかし、このような超伝導体への充電は、抵抗なく行われることは決してなかっただろう。
続き：物理学で最も捉えにくい物質の探求
