量子ジオメトリー最新の超伝導マジック

今回の研究は、ほとんど "凍結状態 "にある物質で超伝導がどのように生じるかについて重要な示唆を与えるものです。

テキサス大学ダラス校とオハイオ州立大学の科学者は、電子が絶対的に少ない材料で超伝導を可能にする新しい技術を発見しました。この発見は、新しい超伝導体の開発への道を開く可能性があります。

このほど学術誌『Nature』に掲載された本研究の成果は、電子速度を推定するための新しいアプローチを明らかにしたものです。これは、量子幾何学があらゆる物質における超伝導の主要な寄与メカニズムであると認識された初めての例です。

研究者たちは、炭素原子がハニカム状に周期的に配列した単層構造体であるグラフェンを研究しました。UTダラス校の自然科学・数学部物理学教授であるZhang氏によると、原理的には、ある「魔法の」ねじれ角で材料中の電子の速度がゼロに近づくのだそうです。

とZhang氏は語る。「ねじれた二層グラフェンでは、電子は非常にゆっくりと移動し、その速度はゼロに近い。しかし、このような遅い電子が、超伝導はおろか、電気を流すことができるのだろうか？

"超伝導は何か他のものから来るに違いない"。量子幾何学に由来すると判断しました。

今回の研究により、電子が「凍った」だけの物質で超伝導が生じる可能性について重要な知見が得られました。

物理学教授のMarc Bockrath博士、Jeanie Lau博士、Mohit Randeria博士が率いるオハイオ州立大学の教授陣は、マジックアングルでねじった二層グラフェン検出器を製作し、材料中の電子の速度を測定するとともに、超伝導への貢献度を測定することに成功したのです。

"その速度は、すべてのグラフェン系の中で、これまでで最低であることが判明しました。""超伝導がまだ起こりうるというのは驚きです。"と、この研究に貢献したZhangの理論グループの物理学博士課程の学生であるTianyi Xuは言いました。"寄与が小さいことが判明しました。"

実験的な測定や理論的な調査によると、超伝導の大部分は普通の幾何学に似た量子幾何学が担っている。

"我々の通常の3次元空間における風船を考えてみよう"Zhangの元大学院生で、論文の著者であるPatrick Cheung MS'22 PhD'22によると。"質の高い幾何学は、この論文で議論されている超伝導やインテリジェントな量子センシングなど、驚くべき材料特性や応用を生み出すことができる "と、別の先行研究によると述べています。

量子幾何学により、従来にない方法で超伝導を実現することができる。今回の発見は、常圧で既存の超伝導体よりも高い温度で性能を発揮する新しい超伝導体を研究開発するための枠組みを提供する可能性があります。

室温で動作可能な高温超伝導体は、物性物理学や材料物理学の聖杯として長い間注目されてきたとXuは言う。「もしそれが実現すれば、私たちの生活や社会は一変するでしょう。例えば、電気をずっと効率よく運んだり、磁気浮上式鉄道をずっと低コストで走らせることができるかもしれません。"

Zhangは、"量子幾何学は驚異的であり、予期せぬ結果の数々を持っている "と述べています。もっともっとエキサイティングな物理学が、まだ発見されていない。

Haidong Tian, Xueshi Gao, Yuxin Zhang, Shi Che, Tianyi Xu, Patrick Cheung, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Mohit Randeria, Fan Zhang, Chun Ning Lau, and Marc W. Bockrath, 15 February 2023, Nature.DOI: 10.1038/s41586-022-05576-2

また、日本の物質・材料研究機構の研究者やオハイオ州立大学の研究者も参加しています。

全米科学財団と米陸軍戦闘能力開発司令部の一部門である陸軍研究室は、研究を行ったUTDの研究者に資金を提供しました。

（出典：https://list23.com/1261148-quantum-geometry-the-newest-superconductivity-magic-twist/）