臨界温度38ケルビンのフラーレン超伝導体の謎を解明

 本研究成果のポイント
○加圧でフラーレンの分子間の距離が短縮、電子移動が加速し、超伝導体に変化
○絶縁体と超伝導体が別物ととらえられてきたフラーレンの常識を覆す
○「高い超伝導臨界温度は、絶縁体の近くに現れる」という指導原理を実証

 独立行政法人理化学研究所(野依良治理事長)、国立大学法人東北大学(井上明久総長)、英国ダーラム大学などの国際共同研究チーム※1は、有機超伝導体(分子性物質)の中で、加圧下で最も高い超伝導臨界温度※2を示すフラーレン※3物質について、構造・電子物性を多角的な手法で解析し、加圧すると分子間距離が縮まり、電子が動き出して金属化し、超伝導現象を発現することを明らかにしました。理研放射光科学総合研究センター高田構造科学研究室の高田昌樹主任研究員、ダーラム大学の高林康裕博士研究員(現、株式会社イデアルスター)、Kosmas Prassides教授、東北大学の岩佐義宏教授、高野琢(博士課程3年)、高輝度光科学研究センターの大石泰生主幹研究員、産業技術総合研究所の竹下直研究員、リバプール大学のMatthew J. Rosseinsky教授らの共同研究による成果です。

 フラーレン超伝導体は1991年に発見され、当時NECの谷垣勝己研究員(現東北大学教授)らによって臨界温度Tc=33K(ケルビン)という、分子性物質の中で最も高い値を示すことが注目されました。2008年には、セシウム元素(Cs)を添加(ドープ)させた新しいフラーレン(Cs3C60という組成)を高林康裕博士研究員らが開発し、圧力を加えるとTcが38Kで超伝導となることを発見しました。これにより、分子性超伝導体のTcの記録が、同じフラーレンによって17年ぶりに塗り替えられました(Nature Materials 7, 367, 2008)。しかし、不思議なことにCs3C60は、通常の圧力下では超伝導現象を示さず、従来知られていたフラーレン超伝導とは大きく物性を異にしていることが、謎のまま残されていました。

 今回の国際共同研究によって、Cs3C60は、常圧の条件下では電気を伝えることができない絶縁体となり、しかもモット絶縁体※4と呼ばれる特殊な状態にあることが分かりました。そして、圧力を加えると電子が動き始めて金属化すると同時に、高いTcの超伝導が発現することを明らかにしました。

 本研究では、フラーレンの高いTcでの超伝導現象が、絶縁体から金属に変化する電気的性質に鍵があることを、大型放射光施設SPring-8※5の高圧構造物性ビームライン(BL10XU)高輝度放射光を用いて高圧下で原子配列を決定することで、初めて明らかすることができました。この振る舞いは、有機超伝導体や銅酸化物超伝導体など、通常の金属や合金の超伝導とは異なる性質を示す超伝導体にも見られるものです。このため、今回の成果は、高いTcの超伝導体を作るには、絶縁体の物質に近い構造や組成の材料を探索することが有効であるという、分子性高温超伝導物質探索の研究指針に重要な道筋を提供することになります。本研究成果は、米国科学誌『Science』のオンライン版に3月20日掲載予定です。


財団法人高輝度光科学研究センター
http://www.spring8.or.jp/ja/current_result/press_release/2009/090320




*当ブログは、読みやすくなるよう若干の「編集」が入っております。
どうしても気になる方は、現行スレをご覧下さい。




2 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 13:29:30 ID:1VOohBf0
一行で言うと、
「フラーレン物質は、加圧すると分子間距離が縮まり、超伝導現象を発現する。」
で良いですか?


4 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 13:31:33 ID:d7VHWtxh
高校の時理系を選択したが、化学と物理が1だった俺にはさっぱり…


5 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 13:33:37 ID:G81yDLPH
昨今のフラーレン研究ってどうなってんだろ?初めてフラーレンの構造見た時は感動したな。


6 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 13:47:22 ID:FWyOXI4S
ワケワカメなスレタイ止めて ><

9 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 13:59:34 ID:MSiZ2Xcl
>>6
CNTの中にフラーレン流して、チューブの先で合体させて長くするとかやってたな。



7 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 13:55:00 ID:RoWW4e7W
バックミンスター・フラーを語る会と聞きまして…

8 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 13:59:05 ID:1VOohBf0
>>7
60年代の生き残りか。



11 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 14:26:17 ID:2RiUhv0i
日本語でOK

12 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 14:33:33 ID:9SPY6zik
メカニズムが分かっただけか、重要なことではあるんだけど…室温超伝導まだ?

15 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 16:37:32 ID:+SjzLq+v
>>12
大きな前進だべ、人為的にコントロール出来るようになれば無限の可能性が広がる。



13 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 14:44:21 ID:iQV89Ue9
やっぱ近づかないとな、分子も電子も仲良くやろうって事だな。

14 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 15:41:50 ID:nMSS8G1g
>>13
距離は程々がいい。



16 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 18:27:57 ID:GrODoqjb
シリコンやスズ、鉛でフラーレン作れないのかね?


18 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 19:17:34 ID:AFdZwgJM
臨界温度38K、もう少し上がればいいなぁ…


20 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 20:23:54 ID:2iP+UNfA
Spring-8って試験材料に圧力かけたり、
超低温状態保ったまま測定ラインに載せることが出来るってことか?ちょっと感心した。


21 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 21:57:31 ID:4Umnth4G
日本って解明するだけで、全く新しい発明とか発見が少ないね。業績上げ難いから、しょうがないけど…


22 :名無しのひみつ:2009/03/22(日) 22:12:56 ID:F9Nm5DQy
ここ最近の新しい超伝導のMgB2とか鉄砒素とかは、日本発だよ。修士までの学生に、結果が出るかどうかが分からない実験をさせられるのが日本の強み。

海外だと、ちゃんと研究するのは博士過程からで、ちゃんと結果が出ることをさせなきゃならない。

24 :名無しのひみつ:2009/03/23(月) 00:13:10 ID:TFDH32Jn
>>22
修士までの業績だから当然、指導教官が業績をネコババできるわけですね。



27 :名無しのひみつ:2009/03/23(月) 01:18:14 ID:d7v/VIer
形が面白い以外、なんの役にもたたんやっちゃな。


29 :名無しのひみつ:2009/03/23(月) 23:17:15 ID:AzDeRrZT
そろそろ折り紙や、綾取りの要領で分子構造を構成することができそうだな。
分子建築学とでも命名できそうなもので、思わぬ特性が発見されそうだ。

41 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 11:51:23 ID:pyhFGUaf
>>29
そんなあなたに、これを見て欲しい。
http://chemistry4410.seesaa.net/article/115275583.html

090307.jpg



31 :名無しのひみつ:2009/03/28(土) 08:19:33 ID:ZUEuHhMl
さっぱり解らん。

32 :名無しのひみつ:2009/03/28(土) 14:20:45 ID:KrDIbsA5
>>31臨界点で絶縁体が硬直するんだろ?



35 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 09:49:55 ID:WtUrXPbR
>>1に出てくる何のこっちゃな単語、『フラーレン』と『モット絶縁体』について説明をば。
まずフラーレンは60個の炭素原子が↓こんな風につながった分子。



60個の他にも70個とか540個とかのフラーレンもあるです。

「黒鉛・ダイヤモンドの他にこんな構造があるのね」という点で興味集めたんだけど。ほんのちょっとだけ金属まぜると超伝導体になるという、妙な性質があるため注目されとるです。

特に炭素60個に対してセシウム3個混ぜた構造が超電導になる温度が一番高温で常温に近いんだけど、その理由は>>1でも説明しとらん。


36 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 09:51:52 ID:WtUrXPbR
>>35続き。
もういっちょの『モット絶縁体』の説明の前に雑学を。

PC・モニター・コンセントの間をケーブルがつながってるんだけど、「ケーブルは電気を流してるんだろう」これは正解。「電流が流れてるんだろう」これも正解。「電子がケーブルの中を移動してるんだろう」これも正解。「電子っていう名前の小さい粒が動いてるんだろう」これは正解では無いです。

電荷をもった大量の粒がケーブルの中を動こうとするとお互いの斥力で全く身動きがとれなくなるです。 量子力学の「電子の波動性」があるおかげで、ケーブルは電流を流せるです。

ケーブルの中の金属全体に、電子の存在確率がブワァっと広がっております。

45 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 13:34:26 ID:4Qy2N87S
>>36
> 「電子っていう名前の小さい粒が動いてるんだろう」これは正解では無いです。

質問なんですが、ここ微妙じゃない?
電子場を量子化すれば、こういう描像になるんじゃない?すいません、物理初心者です。


46 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 13:46:35 ID:bRF/d5Dx
>>45
小さい粒が動いてると考えて正しいよ。 >>36は筆がちょっと滑ったんだろう。

たとえば、発電所から自宅のPCまでの電気を考えたとき、電線の中では電子が動いてる。
ただし、一瞬で発電所からPCまでくるような速度では動かない。なのに即座に電気が伝わるのは電場が光速で広がるから。


50 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 16:29:54 ID:4Qy2N87S
>>46
なるほど。



37 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 09:55:04 ID:WtUrXPbR
>>35-36 続き
「ソファや畳に電流が流れないのは、この斥力のせい?」かというとまた別の理由っす。電子が動き出すのに必要なエネルギーが凄く大きいからです。

こーゆーのを『バンド絶縁体』と言います。絶縁体といえば普通はこれ。

ところが、ある特殊な物質内では電子の存在確率がそんなに広がってなくて、電子が粒子のような性質を示すという物質があります。こんな物質の中では、まさに>>36 のように電子同士のお互いの斥力で身動きとれない、そういう理由で電流を流さない絶縁体があります。これを『モット絶縁体』と言います。


38 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 10:00:24 ID:WtUrXPbR
>>35-37 続き
こういうモット絶縁体を機械か何かでギューっと押すと。電子が存在してる領域と他の電子の領域がくっついて、いっきに電子の存在確率が物質全体に広がります。金属の性質を示しだします。電子が粒子性から波動性に切り替わるわけです。 この切り替わる瞬間ってのは、いろんな変な物理現象が見られる事が知られてます。

>>1は炭素60個に対してセシウム3個混ぜた分子が高温度の超伝導を示すのはまさにこの瞬間だと言ってる (・・・んだと思う。オリジナル論文でも「同時に」って書いてあるかは知らん)

【電子の粒子性と波動性の切り替わり】【より常温に近い高温の超伝導】
なんか関係なさげな二つの事柄が、どうも何かリンクしてるようだ…と言ってるよーな。

40 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 11:47:57 ID:pyhFGUaf
>>38
なるほど、バンドギャップで電子が動けないんでは無くて、電子の粒子性が高いので動けない状態なのか。金ナノ粒子が局在プラズモン吸収で赤い色してんのが、バルクの金になると金色になるのと似たようなものと考えていいのかな?


42 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 12:31:19 ID:htXc/2Wb
>>40
全く違うんじゃない?金箔を太陽に透かして見たことある?


43 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 12:43:20 ID:pyhFGUaf
>>42
あるよ緑色。 つか、金属のナノ構造を作るのが俺の専門分野なんだけど、それがどういう物性を持つのか良く知らないんで。



44 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 13:13:32 ID:nIQfWxPC
これって加圧していくと徐々に金属光沢が出てくるの?もしそうなら見てみたいな。


48 :名無しのひみつ:2009/03/29(日) 14:43:43 ID:wBsQ215s
金属状態はわしが育てた…





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コメント

 

日本語でおk

名無し隊員さん

脳みそがショートしました

名無し隊員さん

日本語でおk

名無し隊員さん

ようするにバケツリレーが出来る距離に縮めてあげたってことです。

無し

UFOが夜間光って飛ぶのは わざわざ地球人を楽しませる目的では
なく 必要上か、と思うが この記事の様な超伝導と関係あるのかな。

専門の方、UFOがあると言う前提で教えてください。
光体が戦闘機にも絶対出来ない急角度でUターンしたのを見てから
考えています。

名無し隊員さん

日本語で言ってくれ

名無し隊員さん

わかりやすく産業で書いてくれ

名無し隊員さん

なんとなくのレベルでしか理解できてないけど※5109はすげーわかりやすい表現だと思う

名無し隊員さん

朝鮮半島がなんだって?

VIPPERね名無しさん

圧縮状態では超伝導状態になる温度(臨界温度)が飛躍的に高まることが発見された
であってる?
つまり重力の高い星や星の核では常に超伝導状態の原子がわんさかしてる可能性があるってことか?
圧縮率を上げれば上げるほど臨界温度が上昇するのかな?温度との相関関係も欲しいところだ
空気を圧縮してプラズマが出来るのもこれが関係してるのかな?

VIPPERな名無しさん

ある時は超伝導体である時は絶縁体・・・いやぁ不思議な物質だな。

名無し隊員さん

研究者はなんでいつも金属混ぜようとするのかね?

名無し隊員さん

>>5110
セツコ、それF-22や。

VIPPERな名無しさん

*5119
金属っつーかアルカリ土類だのアルカリ類だの塩素類だのと電子が飛び出しやすいのとか電子を受け入れやすいのとか混ぜやすいのとか値段が安いのとか、選んで原子入れてるぞ。

ぷよぷよで適当積みしてあるやつにたいして、「これ入れたらたぶん連鎖起こるよなー。まあ分からんけど」で最初の一連鎖やる感じ。ぽしゃるものもあれば一気にとんでもないものになることもある。とりあえずどんな奴突っ込めば反応しやすいかだけは分かってるからそれを突っ込んでる。ことがおおい。

名無し隊員さん

ギリシャ語読んでる感覚だわ

名無し隊員さん

おまいらのアホ※には心底うんざりさせられる。
非公開コメント