高温超伝導のソースを表示

{{Unsolved|物理学|なぜ、特定の材料は50 [[ケルビン|K]]より非常に高い温度で、[[超伝導]]を示すのか？}}
'''高温超伝導'''（こうおんちょうでんどう、{{lang-en-short|high-temperature superconductivity}}）とは、高い[[転移温度]] ({{Mvar|T{{Sub|c}}}}) で起こる[[超伝導]]である。

== 概要 ==

[[ヨハネス・ベドノルツ|ベドノルツ]]と[[カール・アレクサンダー・ミュラー|ミューラー]]（ミュラー）が、La-Ba-Cu-O系において[[1986年]]に発見したことから始まり、その後転移温度が[[液体窒素]]温度（{{Val|-195.8 |ul = degC}}, {{Val|77|ul = K}}）を越える銅酸化物が発見された。ミュラーとベドノルツはこの業績により、[[1987年]]の[[ノーベル物理学賞]]を受賞した。

高温超伝導において、「高温」とされる[[温度]]は時代や状況によって異なる。[[国際電気標準会議]] (IEC) の[[国際規定]]IEC60050-815(2000) と[[日本工業規格]]JIS H 7005(1999) では、「一般的に約{{Val|25|u = K}}以上の {{Mvar|T{{Sub|c}}}} を持つ超伝導体」と定義した。その後、転移温度が{{Val|90|u = K}}を超える超伝導体も登場し、現在では液体窒素温度（{{Val|-195.8|u = degC}}、{{Val|77|u = K}}）以上で転移するものを高温超伝導体と呼ぶことが多い。

室温程度で生じる高温超伝導は特に[[室温超伝導]]とも呼ぶ。

高温超伝導を示す物質のことを'''高温超伝導体'''という。

== 歴史 ==
[[File:Timeline of Superconductivity from 1900 to 2015.svg|thumb|upright=2|超伝導材料の年表。色は材料の異なるクラスを表す：
{{Unbulleted list|list_style=margin-left: 2em;
|{{Legend|#acc294|[[BCS理論|BCS]] (暗緑色の円)|css=border:2px solid #458234}}
|{{Legend|#dbef9C|[[重い電子系]] (浅い緑色の星)|css=border:2px solid #a6d71c}}
|{{Legend|#bddef5|[[銅酸化物超伝導体]] (青ダイヤ)|css=border:2px solid #5cb4e8}}
|{{Legend|#cfa1d6|[[バックミンスターフラーレン]]系 (紫の逆三角形)|css=border:2px solid #95329d}}
|{{Legend|#f79aaa|[[炭素]]-[[同素体]] (赤い三角形)|css=border:2px solid #ed0e58}}
|{{Legend|#fddfa2|[[鉄]]-[[第15族元素|第15族]]系(オレンジ正方形)|css=border:2px solid #fab42c}}
|{{Legend|#b3b3b3ff|[[ルテニウム酸ストロンチウム]] (灰色ペンタゴン)|css=border:2px solid #4d4d4dff}}
|{{Legend|#ff55ffff|[[ニッケル]]系 (ピンク六芒星)|css=border:2px solid #800080ff}}
}}]]

1985年、[[誘電体]]研究で著名な[[IBM]]チューリッヒ研究所のフェローとなっていた[[カール・アレクサンダー・ミュラー|アレックス・ミューラー]]のもとで、[[ヨハネス・ベドノルツ|ジョージ・ベドノルツ]]は[[チタン酸ストロンチウム]]の研究を行っていた。この物質は[[強誘電体]]としてよく知られている[[絶縁体]]であるが、電子ドープにより[[半導体]]から金属的となり、低い転移温度ながら超伝導を示す。ミューラーは[[ヤーン・テラー効果|ヤーン・テラー]]型格子変形と超伝導との関係に興味をもっていた。ベドノルツはある日、[[図書室]]で[[ランタン|La]]-[[バリウム|Ba]]-[[銅|Cu]]-[[酸素|O]][[ペロブスカイト]]系で液体窒素温度まで金属になるという論文を知り、早速作ってみると、試料は{{Val|30|u = K}}付近から抵抗が減少し、{{Val|10|u = K}}以下でゼロ抵抗になるように見えた。

彼らはドイツの会議でこの結果を発表したが、誰にも評価されることはなかった。そこでIBM T.J. Watson研究所に試料を送って真偽を鑑定してもらったが、[[比熱]]測定に超伝導転移による跳びが見られなかったことから超伝導ではないという結果が返ってきた。超伝導を認められなかったものの、1986年4月、ベドノルツとミューラーはとりあえず[[Zeitschrift für Physik]]というドイツの学術誌に論文を投稿した<ref>{{cite journal
|author = J. G. Bednorz and K. A. Müller
|title = Possible high''T''<sub>c</sub> superconductivity in the Ba−La−Cu−O system
|journal = Z. Physik, B
|volume = 64
|year = 1986
|pages = 189–193
|doi = 10.1007/BF01303701
|issue = 1|bibcode = 1986ZPhyB..64..189B }}</ref>。

この論文が公表された1986年、少なくとも世界の数カ所で結果の追試が行われた。このうち[[東京大学]]の[[田中昭二 (物理学者)|田中グループ]]は、この物質の[[結晶構造]]の同定と[[マイスナー効果]]を確認し、誰もが間違いないと確信できるレベルでLa-Ba-Cu-O系で超伝導が起こっていることを証明した。田中研で超伝導の存在が判明したのが1986年11月13日であり、12月5日にボストンの材料研究学会においてこの結果が発表された。これ以後、数年間にわたり高温超伝導探索のフィーバーが続いた。1987年2月には、{{Val|90|u = K}}級で転移するY-Ba-Cu-O（[[Y系超伝導体]]）が発見された。短期間のうちに{{Mvar|T{{Sub|c}}}}が{{Val|60|u = K}}も高められたことになる。

超伝導転移温度はその後も次々と塗り替えられており、[[気圧|大気圧]]下では[[1993年]]に発見されたHg-1223の{{Val|135|u = K}}が最も高い温度となる<ref name="sansouken20130130">{{Cite press release|和書|url=https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2013/pr20130130/pr20130130.html|title=これまでで最高温度となる153 Kでの超伝導転移を観測|date=2013-01-30|publisher=[[産業技術総合研究所]]|accessdate=2016-3-2}}</ref>。

2001年:[[青山学院大学]]の[[秋光純]]らのグループが{{Val|40|u = K}}が上限と考えられる[[BCS理論]]に基づく超伝導体で、極めて上限に近い転移温度{{Val|39|u = K}}の[[二ホウ化マグネシウム]]を発見<ref name="aoyama2007">{{Cite web|和書|url=http://www.aoyamagakuin.jp/news/2007/1129-01.html|title=秋光純大学理工学部教授がアメリカ物理学会（APS）より "2008 James C. McGroddy Prize for New Materials"を受賞|accessdate=2016-3-2|date=2007.11.29|work=青山学院ニュース|publisher=[[青山学院]]}}</ref>。金属系超伝導物質では最高温度となる<ref name="aoyama2007"/>。

2005年:水銀系銅酸化物において高圧力下での{{Val|166|u = K}}の転移温度を記録したことが報告された<ref name="iopscience">{{cite journal | journal = EPL (Europhysics Letters) | volume = 72 | issue = 3 | title = High-pressure effects in fluorinated HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 + δ | first1 = M. | last1 = Monteverde | first2 = C. | last2 = Acha | first3 = M. | last3 = Núñez-regueiro | first4 = D. A. | last4 = Pavlov | first5 = K. A. | last5 = Lokshin | first6 = S. N. | last6 = Putilin | first7 = E. V. | last7 = Antipov | url = http://stacks.iop.org/0295-5075/72/i = 3/a = 458 | year = 2005 | pages = 458–458}}</ref>。ただし超伝導現象の最も基本的な性質であるゼロ抵抗は全く実現されておらず、この温度を超伝導転移温度と呼んでいいかについては議論がある。

銅酸化物高温超伝導に関する研究論文は、1987年前後をピークとして発表数は減少傾向を示している。学術データベースの統計から判断すると、高温超伝導に関する研究は、2010年から2015年までの間に行き詰まりを迎えるとする見方もあった<ref>{{cite journal|author=Katharine Sanderson|title=Superconductivity research is down but not out|journal=[[ネイチャー|Nature]]|volume=443|pages= 376-377 |year=2006|doi= 10.1038/443376b}}</ref>。

2008年:[[東京工業大学|東工大]]の[[細野秀雄]]らにより、鉄を含んだ組成の酸化物が超伝導を示すことが分かり、新たな鉱脈として大きな注目を集めている（[[鉄系超伝導物質]]）。ただ、超伝導転移温度は最も高い場合でも56K程度であり、銅酸化物高温超伝導体に対しては今のところ低い。

2015年:[[硫化水素]]が{{Val|150|u=GPa}}（150万気圧）の超高圧下において{{Val|203|u = K}}（{{Val|-70|u = degC}}）というこれまでになく高い温度で超伝導状態になったとの報告が、[[ネイチャー|Nature]]誌に掲載された<ref name="nature2015">{{Cite web|url=http://www.nature.com/news/superconductivity-record-sparks-wave-of-follow-up-physics-1.18191|title=Superconductivity record sparks wave of follow-up physics|accessdate=2016-3-2|author=Edwin Cartlidge|date=17 August 2015|work=Nature News & Comment|publisher=nature.com}}</ref><ref>{{cite journal | journal = Nature | issn = 0028-0836 | volume = 525 | issue = 7567 | title = Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system | first1 = A. P. | last1 = Drozdov | first2 = M. I. | last2 = Eremets | first3 = I. A. | last3 = Troyan | first4 = V. | last4 = Ksenofontov | first5 = S. I. | last5 = Shylin | url = https://www.nature.com/articles/nature14964 |doi=10.1038/nature14964 | date = 03 Sep 2015 |pages = 73–76 | ref = harv}}</ref>。さらに、同記事によれば、硫化水素中の硫黄原子の7.5%を[[リン]]に置換した上で{{Val|250|u=GPa}}の圧力をかければ、{{Val|280|u = K}}（{{Val|+8|u = degC}}）で超伝導状態になるという<ref name="nature2015" /><ref>{{Cite arxiv|eprint=1507.08525|author=Yanfeng Ge, Fan Zhang, Yugui Yao|title=Possible Superconductivity Approaching Ice Point|class=cond-mat}}</ref>。これは[[水]]の凝固点よりも高温である。

2016年1月29日、[[東京大学]]と[[パリ第11大学|パリ南大学]]の共同研究チームがBCS理論とは別の銅酸化物高温超伝導体の超伝導が高温で起きる原因となる新しいメカニズムを発見したと発表<ref name="nikkeitech20160201">{{cite news|title = 東大など、従来理論を覆す高温超伝導のメカニズムを発見|url = https://xtech.nikkei.com/dm/atcl/news/16/013100381/|publisher = [[日経BP|日経テクノロジー]]|date = 2016-02-01 | accessdate = 2016-02-14}}</ref><ref name="mynavi20160201">{{cite news|title =東大ら、銅酸化物高温超伝導体のメカニズムを発見 - 従来の常識を覆す成果|url = https://news.mynavi.jp/techplus/article/20160201-a035/|publisher = [[マイナビニュース]]|date = 2016-02-01 | accessdate = 2016-02-14}}</ref><ref name="zaikei20160209">{{cite news|title =高温超伝導の新しいメカニズムを発見―東大・酒井志朗氏ら|url =https://www.zaikei.co.jp/article/20160209/291761.html|publisher = [[財経新聞]]|date = 2016-02-01 | accessdate = 2016-02-14}}</ref><ref name=":0">{{Cite press release|和書|url = https://www.t.u-tokyo.ac.jp/soe/press/setnws_20160202130755407182439514.html|date = 2016-02-02|title = 銅酸化物の超伝導はなぜ高温か？− 計算シミュレーションにより常識とは異なる、隠れていた複合粒子を発見− ：物理工学専攻 今田正俊教授ら|publisher = 東京大学大学院工学系研究科|accessdate = 2016-2-14}}</ref>。2月1日付けのアメリカの科学雑誌「[[フィジカル・レビュー]]」に掲載された<ref name="nikkeitech20160201"/><ref name="mynavi20160201"/><ref name="zaikei20160209"/><ref>{{cite journal |first1 = Shiro |last1 = Sakai |first2 = Marcello |last2 = Civelli |first3 = Masatoshi |last3 = Imada |title=Hidden Fermionic Excitation Boosting High-Temperature Superconductivity in Cuprates |url=http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.116.057003 |year=2016 |month = Feb |journal=Phys. Rev. Lett. |issn = |publisher=American Physical Society |volume=116 |issue=5 |pages = 057003–057003 |doi=10.1103/PhysRevLett.116.057003 | ref=harv}}</ref>。数値シミュレーションによりBCS理論では説明の付かない電子の振る舞いを発見し、この異常な振る舞いが高温超伝導の直接の原因であることを突き止めた<ref name="nikkeitech20160201"/><ref name="mynavi20160201"/><ref name="zaikei20160209"/><ref name=":0" />。高温超伝導体の設計に新たな指針を与える成果<ref name="nikkeitech20160201"/><ref name="mynavi20160201"/><ref name="zaikei20160209"/><ref name=":0" />。

2019年5月23日、ランタン水素化物が{{Val|170|u=GPa}}（170万気圧）の超高圧下において{{Val|250|u=K}}（{{Val|-23|u=degC}}）で超伝導状態になることを[[ドイツ]]の[[マックス・プランク研究所]]が発見し、''Nature'' （2019年5月23日号528ページ）で報告した<ref name="nature20190523">{{Cite web|和書|title=室温に近い超伝導|url=https://www.natureasia.com/ja-jp/ndigest/v16/n8/%E5%AE%A4%E6%B8%A9%E3%81%AB%E8%BF%91%E3%81%84%E8%B6%85%E4%BC%9D%E5%B0%8E/99718|website=www.natureasia.com|accessdate=2020-03-13|publisher=|date=2019-05-23}}</ref>。

2020年2月6日、[[物質・材料研究機構]]と東北大学、東京大学、理研などで構成される国際研究チームが、マックス・プランク研究所が2019年に発見、発表した温度{{Val|-23|u=degC}}というほぼ室温で超伝導になる高圧下ランタン水素が、原子核の量子ゆらぎのおかげで広い圧力域で安定に存在する「量子固体」であることをコンピュータシミュレーションにより発見したと発表した<ref name="nims20200208">[https://www.nims.go.jp/news/press/2020/02/202002060.html 物質・材料研究機構公式サイト - 「ほぼ室温超伝導を示す高圧下ランタン水素は量子固体だった」]</ref>。この発見は、水素を多く含んだ水素リッチ化合物による高温超伝導やさらには室温超伝導がこれまで考えられていたよりも遙かに低い圧力で実現できる可能性を示すものであった<ref name="nims20200208"/>。同研究は、Nature誌にて現地時間2020年2月5日午後6時（日本時間6日午前3時）にオンライン掲載された<ref name="tohoku20200208">[https://www.nims.go.jp/news/press/2020/02/202002060.html 東北大学公式サイト - 2020年 | プレスリリース・研究成果 - 「ほぼ室温超伝導を示す高圧下ランタン水素は量子固体だった ～予測より低い圧力で超伝導になる理由を理論的に説明 低圧での室温超伝導実現へ道筋～」]</ref>。

2020年10月14日、炭素質水素化硫黄(CH<sub>8</sub>S)が{{Val|267|u=GPa}}の圧力下において、{{Val|287.7|u=K}}（{{Val|15|u=degC}}）で超伝導状態になることをニューヨーク州[[ロチェスター大学]]のグループが発見し、Natureで報告した<ref name="nature20201015">{{Cite web|和書|date=2020-10-15 |url=https://www.natureasia.com/ja-jp/nature/pr-highlights/13478?utm_source=Twitter&utm_medium=Social&utm_campaign=NatureJapan |title=物理学：水素化物の室温超伝導 |publisher=Nature Japan |accessdate=2020-11-06}}</ref>。高圧化ながら[[セルシウス度|摂氏]]0度を超える初の超伝導現象の報告となった。但し、Nature誌は2022年9月26日に、論文で用いられたデータ処理および分析方法に関して疑問が提起され、著者とNatureは解決に向けて取り組んできたが解決されなかったとして論文を撤回した<ref>{{Cite journal|last=Snider|first=Elliot|last2=Dasenbrock-Gammon|first2=Nathan|last3=McBride|first3=Raymond|last4=Debessai|first4=Mathew|last5=Vindana|first5=Hiranya|last6=Vencatasamy|first6=Kevin|last7=Lawler|first7=Keith V.|last8=Salamat|first8=Ashkan|last9=Dias|first9=Ranga P.|date=2022-09-26|title=Retraction Note: Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride|url=https://www.nature.com/articles/s41586-022-05294-9|journal=Nature|pages=1–1|language=en|doi=10.1038/s41586-022-05294-9|issn=1476-4687}}</ref>。

2023年3月8日、ディアス博士らのグループが高圧下で水素化ルテチウムが294 K（21℃）で超伝導になったとする論文を再度Natureに発表、追試が行われ、理論的、実験的に否定的な結果が多い中、2023年6月9日、イリノイ大学シカゴ校のラッセル・ヘムリー教授のグループが追試に成功したという報告が、インターネット上の論文サーバである「[[arXiv]]」に報告された<ref>{{Cite web|和書|title=ついに実現、室温超伝導？ それともまたも幻で終わるのか？ 100年の歴史の転換点、いま超伝導研究で進行している出来事とは |url=https://jbpress.ismedia.jp/articles/-/75692 |website=JBpress（日本ビジネスプレス） |access-date=2023-06-25 |publisher=日本ビジネスプレスグループ |date=2023-06-22}}</ref><ref name=":arXiv20230609">N. P. Salke, A. C. Mark, M. Ahart, R. J. Hemley, 2023, "Evidence for Near Ambient Superconductivity in the Lu-N-H System," arXiv:2306.06301.</ref>。

また、2000年前後には、[[フラーレン]]などでも高温超伝導が生じるとする論文が数編提出されたが、後に全て[[ヘンドリック・シェーン|研究者]]による[[捏造 (科学)|捏造]]と判明して撤回された<ref>{{cite book|和書|author=村松 秀|title= 論文捏造|series=中公新書ラクレ|publisher= 中央公論新社|year=2006|month=9|isbn= 978-4121502261}}</ref>。

== 結晶構造 ==
<chem>YBa2Cu3O_{7-\delta}</chem> （{{Mvar|T{{Sub|c}}}}〜{{Val|93|u = K}}）や<chem>Bi2Sr2Ca2Cu3O10</chem> （{{Mvar|T{{Sub|c}}}}〜{{Val|109|u = K}}）といった銅酸化物高温超伝導体は全て、[[ペロブスカイト構造]]を基礎とした[[結晶構造]]をしている。

これら銅酸化物高温超伝導体の構造には以下のような特徴がある。
* 2次元正方格子{{Chem| CuO|2}}面がシート状に広がっている。
* 多くの物質では、このシートの上下には[[ランタノイド]]等による電気伝導をブロックする層があり、{{Chem| CuO|2}}面とブロック層が交互に積層する構造をとっている。ブロック層が存在しない無限層と呼ばれるものもある。

== 超伝導体の名前 ==
これらの超伝導体は、構成する[[元素]]の頭文字をとって呼ばれることが多い。たとえば{{Chem| YBa|2|Cu|3|O|7-δ}}は'''YBCO'''と呼ばれ、{{Chem|Bi|2|Sr|2|Ca|2|Cu|3|O|10}}は'''BSCCO'''（ビスコ）と呼ばれる。一方、構成元素の[[物質量]]比（モル比）で呼ぶこともある。たとえば{{Chem| YBa|2|Cu|3|O|7-δ}}は'''Y123'''、{{Chem|Bi|2|Sr|2|Ca|2|Cu|3|O|10}}は'''Bi2223'''などである。

== 性質 ==
[[ファイル:高温超伝導の相図.png|right]]
高温超伝導体にはキャリアが[[正孔|ホール]]であるものと、[[電子]]のものの2種類がある。前者をホールドープ型、またはp型と呼ばれ、後者は電子ドープ型、またはn型と呼ばれる。

ホールドープ型の高温超伝導体はホール濃度と温度により、右図のような状態をとる。ホール濃度がゼロのとき、反強磁性となり、ドープをすると反強磁性が消え、擬ギャップと呼ばれる状態になる。さらにドープすると超伝導になる。ドープを増やすと超伝導転移温度は上昇する。この領域をアンダードープ領域と呼ぶ。さらにドープすると転移温度は下がる。この領域をオーバードープ領域と呼ぶ。これ以上ドープすると超伝導は消え金属的になる。

== 機構 ==
高温超伝導においても従来型の超伝導と同様に[[クーパー対]]が形成されていることが分かっている。従来型超伝導では、[[BCS理論]]により、[[フォノン]]を媒介とするクーパー対の形成機構が解明されているのに対し、高温超伝導におけるクーパー対の形成機構に関しては、完全な意見の一致は得られていない。高温超伝導体の発見後すぐに行われた[[同位体効果]]実験から、高温超伝導機構はフォノン機構では説明できないとされている。膨大な実験的・理論的な研究により、高温超伝導物質中の{{Chem| CuO|2}}2次元面内の電子系における、[[反強磁性]]的な[[スピン角運動量|スピン]]の揺らぎを媒介にしたクーパー対形成機構で、高温超伝導の機構を理解できるという立場が主流となっている。しかし[[酸素の同位体]]置換により超伝導電子密度が変化するという報告もあり、フォノンも何らかの寄与をしているものと考えられている。

==実例==
{| class="wikitable" style="text-align:center "
|+ 転移温度の例<small>(液体窒素等は比較用)</small>
!転移温度 <br />([[ケルビン]])
!転移温度 <br />([[セルシウス度|摂氏]])
!素材
!分類

|-
| 294
| ＋21
| [[水素化ルテチウム|NLH]] (高圧下)
| style="background:#8989f9" rowspan="4"|水素化物超伝導体
|-
| 287
| ＋15
| [[炭素質水素化硫黄|CH<sub>8</sub>S]] (高圧下)　※論文撤回疑義あり
|-
| 250
| -23
| [[ランタン水素化物|LaH<sub>10</sub>]] (高圧下)
|-
| 203
| -70
| [[硫化水素|H<sub>2</sub>S]] (高圧下)

|-
| style="background:#ddddff" |195
| style="background:#ddddff" |-78
| style="background:#ddddff" |[[ドライアイス]]の[[昇華 (化学)|昇華温度]]
| style="background:#ddddff" |
|-
| style="background:#ddddff" |184
| style="background:#ddddff" |-89.2
| style="background:#ddddff" |[[:en:Lowest temperature recorded on Earth|地表における世界最低気温]]
| style="background:#ddddff" |
|-
| style="background:#ddddff" |145
| style="background:#ddddff" |-128
| style="background:#ddddff" |[[四フッ化炭素|四フッ化炭素(テトラフルオロメタン)]]の沸点
| style="background:#ddddff" |
|-
| 133
| -140
| HgBa<sub>2</sub>Ca<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>x</sub>(HBCCO)
| style="background:#f96060" rowspan="3"|[[銅酸化物超伝導体]]
|-
| 110
| -163
| [[BSCCO|Bi<sub>2</sub>Sr<sub>2</sub>Ca<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>10</sub>(BSCCO)]]
|-
| 93
| -180
| [[イットリウム系超伝導体|YBa<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>7</sub> (YBCO)]]
|-
| style="background:#ddddff"| 90
| style="background:#ddddff"| -183
| style="background:#ddddff"|[[液体酸素]]の沸点
| style="background:#ddddff" |
|-
| style="background:#ddddff" |77
| style="background:#ddddff" |-196
| style="background:#ddddff" |[[液体窒素]]の沸点
| style="background:#ddddff" |
|-
| 55
| -218
| SmFeAs(O,F)
| style="background:#808080" rowspan="3"|[[鉄系超伝導物質|鉄系超伝導体]]
|-
| 41
| -232
| CeFeAs(O,F)
|-
| 26
| -247
| LaFeAs(O,F)
|-
| style="background:#ddddff" |20
| style="background:#ddddff" |-253
| style="background:#ddddff" |[[液体水素]]の沸点
| style="background:#ddddff" |
|-
| 18
| -255
| [[超伝導電磁石|Nb<sub>3</sub>Sn（ニオブスズ）]]
| style="background:#c0c0c0;" rowspan="3"|金属低温超伝導体
|-
| 10
| -263
| [[超伝導電磁石|NbTi（ニオブチタン）]]
|-
| 9.2
| -263.8
| Nb（[[ニオブ]]）
|-
| style="background:#ddddff" |4.2
| style="background:#ddddff" |-268.8
| style="background:#ddddff" |[[液体ヘリウム]]の沸点
| style="background:#ddddff" |
|-
| 4.2
| -268.8
| Hg（[[水銀]]）
| style="background:#c0c0c0;"|金属低温超伝導体
|}<small>*{{Chem|MgB|2}}（[[二ホウ化マグネシウム]]）が39Kで転移するが、分類の便宜上外した。</small>

== 銅酸化物超伝導体 ==
{{main|銅酸化物超伝導体}}
銅酸化物高温超伝導体は全て、[[ペロブスカイト構造]]を基礎とした[[結晶構造]]をしていて、2次元正方格子{{Chem| CuO|2}}面がシート状に広がっていて、このシートの上下には[[ランタノイド]]等による電気伝導をブロックする層があり、{{Chem| CuO|2}}面とブロック層が交互に積層する構造をとっている。またブロック層が存在しない無限層と呼ばれるものもある。

=== イットリウム系超伝導体 ===
{{main|イットリウム系超伝導体}}
[[イットリウム]](Y)を含む、90[[ケルビン]](K)以上で[[超伝導]]転移を起こす化合物で、Y系高温超伝導体、Y系銅酸化物高温超伝導体とも書かれ、[[化学式]]は {{chem|YBa2|Cu|3|O|7}} である。構成する[[元素]]の頭文字をとって'''YBCO'''（ワイビーシーオー）または、構成元素の[[物質量|物質量比]]（モル比）から'''Y123'''（イットリウムいちにさん）とも呼ばれる。初めて発見された[[液体窒素]]の[[沸点]](77&nbsp;K)を超える[[転移温度]]をもつ[[超伝導体]]。

=== ビスマス系超伝導体 ===
{{main|ビスマス系超伝導体}}
1988年に[[科学技術庁]][[金属材料技術研究所]](現・[[物質・材料研究機構]])の[[前田弘]]のグループによって開発された<ref>[http://scienceportal.jst.go.jp/columns/highlight/20070712_01.html ビスマス系高温超電導体の米国特許取得で一苦労]</ref><ref>{{US patent|7132388}}</ref>。90[[ケルビン]](K)以上で[[超伝導]]転移を起こす化合物で[[化学式]]は{{Chem|Bi|2|Sr|2|Ca|2|Cu|3|O|10}}である。構成する[[元素]]の頭文字をとって'''BSCCO'''（ビスコ）または、構成元素の[[物質量|物質量比]]（モル比）から'''Bi2223'''（ビスマスにににさん）とも呼ばれる。

=== REBCO ===
{{main|REBCO}}
{{chem|REBa|2|Cu|3|Oy}} は[[希土類]]を含む銅酸化物超伝導体で線材化の技術が進み、実用化にむけて開発が進みつつある<ref name="REBCO">[http://www.ees.nagoya-u.ac.jp/~web_dai1/studies/CC.html 超伝導システム応用に向けた超伝導線材の開発]</ref>。[[セラミクス]]であるREBCO超伝導体はもろいので、線材として必要な屈曲性に劣るが、薄膜化する事により柔軟性を付与する事が可能になり、線材として使用することが可能になる。結晶[[配向性]]によっても臨界電流密度が大きく変わるため、試料全体に渡った結晶軸方位の 整列が必要で[[エピタキシャル成長]]を利用して線材の全体にわたって配向したREBCO膜を作製する 技術が要求される<ref name="REBCO" />。結晶配向性の良好な緩衝層、高い超伝導特性を持つREBCOエピ膜、長尺に渡って超伝導特性が均一なREBCOエピ膜の作製が鍵となる<ref name="REBCO" />。

== 鉄系超伝導体 ==
{{main|鉄系超伝導物質}}
[[結晶構造]]としてはFe（[[鉄]]）[[イオン (化学)|イオン]]が[[正方格子]]を形成しており、Feの[[d軌道|3d軌道]]が[[フェルミ面]]を構成する。Fe同士は[[金属結合]]になっていると考えられ<ref name="f">{{Cite journal|和書
|last=広井
|first=善二
|year=2009
|month=1
|title=鉄系超伝導体の発見
|journal=パリティ
|volume=24
|issue=1
|pages=pp.26-28
|publisher=[[丸善]]
|issn=09114815
}}</ref>、ヒ素などの[[第15族元素|プニコゲン元素]]がFeと強い[[共有結合]]を作り、構造を安定化させている。このため、[[電子]]の[[ドープ]]を行なうと[[反強磁性]][[スピン角運動量|スピン]]配列が消え、[[転移温度|超伝導転移温度]]が高くなるという解釈もできる<ref name="a">{{Cite journal|和書
|last=細野
|first=秀雄
|year=2009
|month=1
|title=新系統（鉄イオンを含む層状化合物）の高温超伝導物質の発見-背景から最近の進歩まで
|journal=応用物理
|volume=78
|issue=1
|pages=pp.31-36
|publisher=応用物理学会
|issn=03698009
}}</ref>。

LnFeAsO<sub>1-X</sub>F<sub>X</sub>の母物質の一つであるLaFeAsOの測定では、160[[ケルビン|K]]（約マイナス110[[セルシウス度|℃]]）付近で[[正方晶]]から[[斜方晶]]への転移が起きることがわかっている。この付近の温度では[[比熱]]のピークも見られ、La（[[ランタン]]）のスピン[[結晶構造|格子]][[緩和時間]]が発散してスピン配列が生じている。Feのスピン配列はFeAs平面内でa軸とb軸の長さが等しいが、160K以下では両者の長さに差が生じ、反強磁性的な整列状態になる。これらの結果より、140Kが[[ネール温度]]に相当すると見られる<ref name="a"/>。

== 水素化物超伝導体 ==
2015年にドイツのマックス・プランク研究所により、それまで約20年間破られていなかった転移温度の最高記録を約40度も上回る203kが硫黄水素化物によって実現したことにより、2020年現在、高温超伝導体の探求は水素化物に超高圧をかけることに向けられている<ref name=nikke20200818>{{cite news|title =熱い超電導実現に突破口　リニアなどコスト低く|url= https://www.nikkei.com/article/DGXMZO62712630X10C20A8XY0000/|publisher=[[日本経済新聞]]|date = 2020-08-18|accessdate = 2020-09-12}}</ref><ref name="naturedigest20190523">{{cite news|url=https://www.natureasia.com/ja-jp/nature/highlights/98893 |publisher=nature |title= 物性物理学：室温超伝導へ向けて|date=}}</ref>。2019年にはランタン水素化物で超高圧下という条件下ながら従来の銅酸化物超伝導体の転移温度を100℃も上回る、250kを達成した<ref name="nature20190523"/>。2020年10月14日、炭素質水素化硫黄(CH<sub>8</sub>S)が超高圧下という条件下ながら、287.7Kを達成し、超伝導の歴史上初めて水の凝固点を超える発見となった<ref name="nature20201015"/>。

== 応用 ==
{{Chem| YBa|2|Cu|3|O|7-δ}}の発見で転移温度が[[液体窒素温度]]を越えてから、高価な[[液体ヘリウム]]にかわって安価な[[液体窒素]]を使えることから実用への期待が高まった。しかし加工が難しいことや臨界電流密度を高めるのが難しいことから応用はなかなか進んでいないが、近年{{いつ|date=2016年3月}}はヘリウムの供給不足と価格高騰<ref>{{Cite web|和書|url=https://gigazine.net/news/20130928-global-helium-shortage/|title=ヘリウムの世界的供給不足は今後も続き、25年後には枯渇する危険性も|accessdate=2016-03-02|date=2013-09-28|publisher=[[GIGAZINE]]}}</ref><ref>{{Cite news|date=2014-03-22|newspaper=[[日本経済新聞]]|title=ヘリウム危機 超えゆく技術|url=https://www.nikkei.com/article/DGXZZO68601000Q4A320C1000000/|accessdate=2016-3-2}}</ref>も重なり、高温超伝導体ならではのバルクでの用途が徐々に見出されつつある。応用としては[[送電線]]、高周波通信用超伝導フィルター、[[超伝導量子干渉計|SQUID]]、磁界検出器、[[超電導リニア]]、米海軍の艦船推進用モーター、[[核磁気共鳴]]、[[MRI]]<ref>{{Cite web|和書|url=http://mrlab.frsc.tsukuba.ac.jp/newpage/balc.html|title=高温超伝導バルク磁石を用いたMRIシステム|accessdate=2016-3-2|publisher=筑波大学 巨瀬・寺田研究室}}</ref><ref>{{cite journal | journal = Applied Physics Letters | volume = 98 | issue = 23 | title = Development of a magnetic resonance microscope using a high Tc bulk superconducting magnet | first1 = Kyohei | last1 = Ogawa | first2 = Takashi | last2 = Nakamura | first3 = Yasuhiko | last3 = Terada | first4 = Katsumi | last4 = Kose | first5 = Tomoyuki | last5 = Haishi | url = http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/98/23/10.1063/1.3598440 | year = 2011 | doi = 10.1063/1.3598440 | ref = harv}}</ref><ref>{{Cite web|和書|url=http://www.istec.or.jp/fruit/news-pdf/H14-10-30.pdf|title=液体窒素温度で４Ｔを超える超強力超電導バルク磁石の開発に成功|accessdate=2016-3-2|date=2002-10-30|format=PDF|publisher=国際超電導産業技術研究センター}}</ref><ref>{{Cite press release|和書|url=http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2011/110511_2/detail.html|title=高温超伝導バルク磁石を駆使して世界初のMRI画像を撮影 ―理研・筑波大・MRTe社が、直径6.2mm、高さ9.1mmで均一磁場を達成―|publisher=[[理化学研究所]]|date=2011-05-11|accessdate=2016-3-2}}</ref>など。ビスマス系超伝導体[[超伝導電磁石]]を使用した[[磁気浮上式鉄道]]の走行実験が2005年11月に実施され、成功した<ref>{{Cite news|url=https://xtech.nikkei.com/dm/article/NEWS/20051128/111084/ |title=JR東海，高温超電導磁石を初めて搭載したリニアモーターカーの走行試験を開始|publisher=|date=}}</ref><ref>{{Cite news|url=https://xtech.nikkei.com/dm/article/NEWS/20050318/102798/ |title=JR東海，リニアモータ車両の実物や最新の超電導コイルを展示|publisher=|date=}}</ref>。

== 脚注 ==
{{reflist|30em}}

== 関連項目 ==
* [[超伝導]] - [[室温超伝導]]
* [[イットリウム系超伝導体]]
* [[強相関電子系]]
* [[結晶構造]] - [[立方晶]] - [[ペロブスカイト構造]]
* [[鉄系超伝導物質]]
* [[国際超電導産業技術研究センター]]

== 外部リンク ==
* [https://archive.fo/pASw 超電導関連用語(JIS)]
* [https://web.archive.org/web/20110831163133/http://www.sei.co.jp/news/press/06/prs457_s.html 高温超伝導ケーブルによる送電の実用化実験、アメリカ合衆国]
* [http://superlife.info Superconductivity in everyday life: Interactive exhibition]
* [https://web.archive.org/web/20110830233655/http://people.ccmr.cornell.edu/~jcdavis/ コーネル大学での高温超伝導研究]
* [https://web.archive.org/web/20080706005003/http://www.iop.org/ej/journal/SUST 超伝導の科学と技術]
* {{YouTube|c3asSdngzLs|高温超電導体の上で磁石が浮上するビデオ}}
* [https://web.archive.org/web/20080828193310/http://www.suptech.com/tech_faq.htm 高温超伝導技術]
* [http://www.istec.or.jp/ 国際超電導産業技術研究センター]

{{新技術|topics=yes|materials=yes}}{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:こうおんちようてんとう}}
[[Category:超伝導]]
[[Category:セラミック材料]]
[[Category:物理学の未解決問題]]
[[カテゴリ:物性物理学]]
[[カテゴリ:新技術]]