何度も逆転！韓国における室温超伝導の問題はますます「活発」になってきています...

過去2週間、物理学を理解しているかどうかに関わらず、人々はさまざまなソーシャルプラットフォームやニュースで「室温超伝導」という言葉を目にしてきました。研究結果を支持する側と反対する側の間でも激しい論争が続いている。今日は「超伝導」とこの「室温超伝導」について、時系列に沿って整理してみます。

背景紹介 - 超伝導とは何か？

1908年、長い努力の末、オランダの物理学者ハイケ・カメルリング・オンネスはついに液体ヘリウムの製造を完了し、極低温の物理実験のための強力なツールを提供しました。

超伝導の概念の起源

超伝導体は文字通り「超伝導体」と理解され、特定の温度で抵抗がゼロになる導体を指します。 1911年、オンネスは液体ヘリウムを使って水銀を4.2ケルビン（K）まで冷却したところ、水銀の抵抗が完全に消えることを発見しました。その後、彼は他の金属も極低温で超伝導体になることを発見し、その功績により1913年のノーベル物理学賞を受賞した。

マイスナー効果

マイスナー効果とは、超伝導体が磁場内で外部磁場を強く反発し、完全な反磁性、つまり体内に外部磁場を完全に打ち消す磁場が生成され、体内の磁気誘導強度がゼロになる現象を指します。

多くの超伝導体では、この反磁性は外部磁場によって部分的に破壊されますが、体内に入る磁束線は超伝導電子によってしっかりと固定されます。したがって、超伝導体は外部磁場に対して強い反発力と引力の両方を持ちます。この特殊な相互作用力は重力の影響を克服し、超伝導体を磁石の上に浮かせたり、磁石の下に安定して吊り下げたりすることができ、極めて安定した磁気浮上を実現します。注1：ケルビンと摂氏の変換関係：0 K = -273.15 ℃、つまり20 ℃は293.15 Kです。注2：外部磁場の強さも超伝導材料が超伝導状態にあるかどうかに影響します。ここでは、材料がゼロ抵抗の超伝導状態を維持できる磁場強度の範囲を指します。

要約すると、ゼロ抵抗とマイスナー効果は、超伝導体を決定するための2つの直接的な根拠となっています。

もし超伝導体が広く普及したら、人々の生活は劇的に変化するだろうと想像してみてください。しかし、現在の超伝導環境は人類が生存するには少々過酷すぎるため、多くの科学者が常温超伝導材料の開発に多大な労力を費やしてきました。

超伝導の歴史

次の図は超伝導の現在の歴史を簡単にまとめたものです。この図を解釈するためにテキストも使用します:

画像出典: 羅慧謙

1911年から1932年にかけて、鉛、スズ、ニオブなどの金属も低温で超伝導状態になることが発見されました。その中で、ニオブは最も高い超伝導臨界温度を持ち、9.2Kに達します。

これを基に、臨界温度が 23.2K のニオブゲルマニウム合金 (Nb3Ge) などの一連の合金と金属窒化物が製造されました。

1980 年以前には、人間が作った超伝導体は 40K を超える温度では超伝導特性を維持できませんでした。

1986年、ヨハネス・ベドノルツとカール・ミュラーは、臨界温度が35Kのランタン・バリウム・銅酸化物（La-Ba-Cu-O）材料を発見し、超伝導材料の研究に新たな章を開きました（写真の中央の緑の部分）。 2人の科学者は1987年にノーベル物理学賞も受賞している。注: 受賞間隔はわずか10か月で、ノーベル賞史上2番目に短い。

1987年、中国の物理学者趙忠賢と朱静武は、超伝導温度を90K以上に引き上げ、液体窒素の温度範囲に入るイットリウムバリウム銅酸化物（Y-Ba-Cu-O）材料を発見しました。

その後、科学者たちはビスマスストロンチウムカルシウム銅酸化物（Bi-Sr-Ca-Cu-O）、タリウムバリウムカルシウム銅酸化物（Tl-Ba-Ca-Cu-O）、水銀バリウムカルシウム銅酸化物（Hg-Ba-Ca-Cu-O）などの材料を発見し、超伝導臨界温度を徐々に130K程度まで引き上げました。その中で、水銀-バリウム-カルシウム-銅酸化物材料（Hg-Ba-Ca-Cu-O）のガス圧と温度は、常圧で134Kに達することができます。

21世紀に入って2001年、日本の秋光チームは、二元金属化合物の中で最も高い臨界温度39Kを持つMgB2物質を発見した。臨界温度が液体水素の範囲内にあり、原料も豊富であることから、国内外の多くの企業がすでに実生産に取り組んでいます。

2008年、日本の細野研究チームは初めて鉄系超伝導材料を発見し、超伝導研究の「鉄の時代」の幕開けとなった（写真右下の黄色い文字）。

室温超伝導にアプローチするもう一つの方法は、圧力を加えることです。例えば、ダイヤモンドアンビルセルを用いて圧力を加えることで室温超伝導を実現したという研究論文があります。ただし、環境が過酷すぎるため、現時点では理論値のみとなります（画像右上の赤い文字）。

最新のブレークスルー?

2020

有名な科学雑誌「ネイチャー」は、炭素、水素、硫黄元素からなる新素材が室温超伝導（15℃、267GPa、約267万気圧）を実現できると主張するランガ・ディアスによる論文を掲載したが、その後、多くの疑問が生じたため撤回された。

2023年3月

このディアスは、室温超伝導というさらに重要な成果を再びネイチャー誌に発表しました。今回は窒素・水素・ルテチウム材料で、臨界温度21℃、圧力1GPaという条件でした。その後、再現できなかったため、疑問視されることもありました。

2023年7月25日

韓国の研究チームがプレプリントウェブサイトarXivに2本の論文を掲載し、常圧で臨界温度が400K（126.85℃）を超える室温超伝導物質LK-99を発見したと主張し、室温超伝導への熱狂的な追求と美しい想像力の新たな波を引き起こした。

超伝導材料の結果は非常に魅力的であるだけでなく、準備プロセスも非常に簡単で、ほとんどの実験室条件下で準備できます。これにより、国内外の同業者や関連愛好家の間でも成果再現の波が起こり、彼らはソーシャルプラットフォーム上で自らの実験の進捗状況を生放送したり連載したりしている。

2023年7月28日

論文著者の一人であるクォン・ヨンワン氏は、韓国ソウルで開かれた国際セミナーで室温超伝導研究の成果を発表したが、会場ではサンプルは展示されなかった。

南京大学の温海虎教授は鵬派科技に次のように語った。「われわれの経験に基づくと、（現在論文に掲載されているデータは）それが超伝導体であることを証明するには不十分だ。」この教授がデータを使ってディアスの室温超伝導の論文を反駁したばかりであることは言及する価値がある。

2023年7月30日

財連社は、超伝導応用研究の専門家で上海超伝導材料・システム工学研究センター所長の洪志勇氏が、われわれの経験に基づくと、（今回の論文で発表されたデータは）それが超伝導体であることを証明するには不十分であると述べたと報じた。

2023年7月31日

北京航空航天大学の研究者らはarXivに論文を提出し、自分たちが準備したサンプルは韓国チームのものと一致しているが、巨大反磁性や磁気浮上現象は検出できず、ゼロ抵抗は存在しなかったと述べた。

北京航空航天大学と中国科学院瀋陽国家材料科学研究所による別の共同論文では、この材料で超伝導が実現する可能性を理論的に分析しました。

同日、米国ローレンス・バークレー国立研究所（LBNL）の理論研究論文は、LK-99の密度汎関数理論計画により、この物質が超伝導を実現する可能性のある特殊な構造を持っていることが示されたと発表しました。 [11～12]

北京航空航天大学と中国科学院瀋陽国家材料科学研究所の共同論文

ローレンス・バークレー国立研究所

2023年8月1日

bilibiliユーザー「Guanshankou Male Technician」が関連動画をアップロードした。動画では、華中科技大学材料科学工学部の博士研究員である呉昊氏と博士課程の学生である楊立氏が、張海新教授の指導の下、LK-99サンプルの作成に成功し、初めてサンプルの耐磁性を再現することに成功した様子が紹介されている。ビデオ内のサンプルの吊り下げ角度は、元の著者の論文内のサンプルの吊り下げ角度よりも大きくなっています。しかし、これまで検証できたのはマイスナー効果のみであり、ゼロ抵抗測定を完了するにはサンプルが小さすぎます。

Zhihuユーザー「半導体と物理学」は進捗状況を更新し、ビデオをアップロードし、論文で示された反磁性を備えているとも述べた。

ロシアの科学者アイリス・アレクサンドラは、超伝導結晶の特徴の一つである室温での反磁性を持つLK-99結晶の作成に成功した。結果はTwitterで公開されました。

再現結果が明らかになると、国内外で超伝導関連のコンセプト株が急騰した。上海の「第一金融日報」は、米国の超伝導コンセプト関連株が8月1日の市場開場前に急騰し、市場開場前に150％近く上昇したが、その後上昇率は低下したと報じた。中国株式市場でも超伝導コンセプト株が同日急騰し、ファーセンズは一直線に上昇し、あっという間にストップ高に達した。多くのコンセプト株もこの上昇に追随し、国能試検は20％上昇し、京達ホールディングス、中富実業、革新新材料、百力電機など多くの銘柄が日足制限に達した。

2023年8月3日

ビリビリユーザー「科学調査局」の東南大学物理学院教授の孫悦氏が動画をアップロードした。サンプルの準備に成功した後、110K 未満の温度で「ゼロ抵抗」現象が観察されました。超伝導の要件は満たしていたものの、温度差が非常に大きかった。著者はまた、測定は機器の精度によって影響を受けると述べた。

曲阜師範大学の劉暁兵教授は、試験結果から、LK-99は室温から50Kの範囲で依然として大きな抵抗値を持ち、試験中に急激な抵抗低下やゼロ抵抗は見られず、「室温超伝導」の予想されるゼロ抵抗特性からは程遠いことがわかったと述べた。

聯合ニュースは、韓国低温超伝導体協会で構成された専門家検証委員会が、LK-99は常温超伝導体ではないとの見解を示したと報じた。

財務情報では、超伝導コンセプト関連株は同日午前の取引で大幅に下落し、中富実業、京達ホールディングス、イノベーション・ニュー・マテリアル、金輝ホールディングスがいずれも入札で制限値まで下落した。 8月3日の終値時点では、前日にストップ高となった中富実業、遠星集団、百力電気の3銘柄のうち、中富実業と遠星集団はともにストップ高となり、百力電気は0.42％の小幅上昇となった。多くの企業は、自社の事業は超伝導材料とは何の関係もないことを公に表明しています。米国では、前日に60％急騰していたアメリカン・スーパーコンダクターが30％近く下落した。

2023年8月4日

米国のウィリアム・アンド・メアリー大学の教授であり、元の論文の著者の一人であるフインタック・キム氏は、LK-99のサスペンション特性を示す2本目のビデオをニューヨーク・タイムズの記者に提供した。懸濁液の形態は以前の論文と似ていますが、ここでも他のデータ測定については言及されていません。 [20]

タイム・ウィークリーの記事は、「記者は、7月22日以降にプレプリントサイトarXivでLK-99関連の論文を発表した著者やチームを探して、上記の3チームを含む理論的推論と実験検証に携わる国内9チームに電話をかけたが、電話やメールでの応答はなく、インタビューの依頼は丁重に断られた」と伝えた。

2023年8月5日

Douyinブロガー「錬金術師阿翔」は動画を公開し、LK-99の耐磁性を再現できるだけでなく、完全なサスペンションも実現できると述べた。しかし、ビデオでは他の化合物も追加されたと述べられていました。現時点では、結果の信憑性や著者の正体はまだ不明です。