【物理】「超電導」のメカニズムは実はよく分かっていない [すらいむ★]

リニアにも活用される「超電導」のメカニズムは実はよく分かっていない

　特定の物質を極低温状態にまで冷却すると、電気抵抗がなくなり高い導電性を備えた「超電導」と呼ばれる状態になることが知られています。
　超電導はリニアモーターカーやMRIなどに応用されているのですが、実は物質が導電性を獲得するメカニズムを説明できる単純な理論は見つかっていません。
　ミシガン大学の研究チームは、新たにスーパーコンピュータを用いて「従来の理論で超電導を説明できるのは、既知の物質の50％」という結果を導き出しました。

　Mechanism of superconductivity in the Hubbard model at intermediate interaction strength | PNAS
　https://doi.org/10.1073/pnas.2205048119

（以下略、続きはソースでご確認ください）

Gigazine 2022年08月24日 06時00分
https://gigazine.net/news/20220824-superconductivity-mechanism/

大きな分子原子が動きにくくなった結果
その場で回転することによって一種の加速装置になってるとか

電子の動きを妨げる量子フォノンの振動が
絶対零度に近いほど小さくなるから？

よう判らんけど、観測難なんだろうなと。

原子の動きを止めて電子を動きやすくする

電子殻の電子の衛星軌道が低温で止まるから
止まった時に隣の原子の電子殻の電子と最大距離を取るように並ぶ
両隣、全方位の原子の電子殻の電子と最大距離を取ろうとして中間地点で止まるから、規則正しく電子が並ぶ
だから電流(電子)が無駄な抵抗無く綺麗に流れる

華麗なる説明だけど、電子配列表を見るに
電子が多くなるほど綺麗に並ばない原子も？

フェルミ球の外側でクーパー対を作ったほうがエネルギーが小さくなると聞いたが
これで全部が説明できるわけではないということか

ああ、あと【物理】なら超伝導な
工学なら超電導でよい

超電導?
超伝導じゃないの?

実はよく分かっていない事なんて多いだろ。
鉄が常温で磁石にくっつく理由すらまともに説明出来ない。

格子振動が電気抵抗になってるらしいし低温＝格子振動減衰したら電気抵抗も減衰すんじゃねーの？
すごく感覚的に腑に落ちる感じ

知らんけど

超電導状態にして電子顕微鏡で原子を見れば解りそうだけど
解ってないの？

原理は分からんけど結果は分かるから実用化してる技術って結構多いんじゃない？

常温の分子の動きが激しい状態で超伝導ってめっちゃ難しそう。
仮に常温の超伝導物質が見つかったとして超伝導になる精度で大量生産するのも難しそう。

超伝導送電網
21世紀に登場が期待されている環地球規模の大電力網。
送電ロスが無いため昼地域で太陽光発電した電力を夜地域で使える。
危険な原子力発電を駆逐できる。
2050年代に部分開通し全地球ネットワークの完成は22世紀になる。

>>10
磁性体で検索

ニュートリノの作り方も知らないな

わかった気になってたわ。

>>3
で説明できるのが少数派　メインストリームの銅酸化物半導体はそれで説明できない

>>12
普通の材料ですら、普通のS/TEMで電子構造は見えない　

そして、そもそも超伝導になる=磁性を持つとまともな高分解能像を撮れない

>>19
○超伝導

>>1
馬鹿じゃないの
冷やすから超電導になるんだろ
こんな簡単なのにわからないってアホや

>>16
なんで鉄が強磁性体になるのかを説明してくれ

要約
つまり超伝導(超電導)の理論的な解明は成されたが、まだ細かい部分の説明は終わっていない
超電導は電子がペアを作り振動の位相を揃えることで、
原子中の電子の動きに電子がまるで一塊のように協調する事になり急激に電気が通りやすくなる上、これによって抵抗はゼロになるのが理論的な説明
が、その肝心のクーパー電子対の形成過程がよく解っていないと

>>9
電気など工学系は電気抵抗の事しか考えて無いから超電導
素粒子物理な人は電気以外の相互作用も見るので超伝導

と聞いた事がある。

>>23
電子スピンの数的不均衡

>>26
何故それが起きるのか。局在電子と遍歴電子が相互作用するからと言われている。
希土類金属の強磁性は3d-4fの相互作用に由来するものだがそれはRKKY相互作用によりある程度説明できている。
では鉄は？

>>27
鉄も同様に鉄原子やその酸化物が格子構造を作って電子を共有する事でスピンを揃える
これは鉄なら温度に依存しないと思う
そこまで知ってるなら俺より詳しそうだし俺に聴くまでもないと思うが

というかなんでこういう風にコロコロID変えるんだ？

俺も分からんから大丈夫だよ

>>10を見ると「鉄が常温で磁石にくっ付く理由」とあるよな
既存の理論で説明可能だろ

>>25
なるほど。捉えてるレベルが違うからそうなのか。勉強になった、ありがとう。

>>32
違う違う
工学的に必要なものは電気的な性質に偏るから「超電導」になるという話なだけ
横からだけど

>>29
たぶん連投キチガイとかキチガイは連投する
という批判と誹謗中傷があるから
人の目を気にしてわざわざID変えてるのかも

>>34
なるほど
経験上確かにコロコロID変える奴はキチガイが多い気がするわ
俺も飛行機ビュンビュンさせてるのを真似して変えてみるけど結局多勢に無勢になる事が多い

クーパー対って実はないってこと？

常温超電導はフォノン格子運動の制御と
周回電子のない原子を組みあわせるとか

発見までの道のりが大変そうな

>>33
そうじゃない
超伝導体は熱伝導に関してはむしろ断熱的なのでそこを区別したいという連中が超電導を使い始めた

>>38
超伝導という効果そのものに断熱効果がある物質なのかどうかは関係ないぞ
ソースはある？

それに電気抵抗がゼロ=熱が発生しないから超伝導体になるんだよ
超電導は電気的なメリットを鑑みて勘違いして使われているに過ぎず、その使い分け自体は古いんで断熱云々はたとえ本当だとしても後発の理由
後付けでしかない

>>38
本当に区別したいなら「超導電」と言うだろ
読みを変えないんじゃ意味がないし
漢文の素養があったら「電導」なんて恥ずかしくて使えない

>>39
断熱はしねーんじゃね？

>>39
お前の無知を何で俺が補ってやらなきゃいかんのだ
お前が今いじってる玩具で調べろよ
ググればいくつか出てくるが明確なのはこれとか
金沢大超低温物理学研究室のページにある核断熱消磁実験装置解説の熱スイッチのくだり
＞常伝導状態では電気抵抗は十分低く、ウィーデマン・フランツの法則により、その熱伝導度は高い。これがスイッチオンの状態である。
＞これに対して、超伝導状態では、金属中の電子は熱の担体とはならず、熱はフォノンのみによって運ばれ、熱伝導度は極端に低くなる。
＞すなわち近似的に断熱状態が実現される。これがスイッチオフの状態である。
なお読めば自明の通りこれは金属系の超伝導物質の応用例だが非金属系超伝導体では銅に匹敵する熱伝導率を持つ物質も見つかっているようだ
使い分けに関してはだいぶ古い啓蒙書で読んだだけなのでどこまで実態に近いかは知らん

>>42
よく読めよ、それ内部由来の熱の話だからな？
断熱効果が発生しているのは内部に起こっている現象
つまり電気抵抗ゼロによる熱損失が起こらない理由についての話なのよ
フォノンは音量子で、これは超伝導状態の物体中の熱伝導に関わらないというだけの話
厳密には断熱効果そのものではない

擬似的な断熱効果って････そもそも何のために熱を下げてるのかと

>>41
よく話を聞くとそうみたい

あー、なんかコンバトラーＶ思い出した

最近何故かID変えて粘着してくる連中が多発してる気がして気持ち悪いから書くけど、そもそも俺はニュース見てるだけの門外漢だから
他人から先に言われるのは癪だから前もって書いとくけど、馬鹿が知った気になってると思ってスルーしてくれ
それか別に詳しそうなヤツに聞いてくれ
そしていちいちそれをアピールしてくるな
余計なレスを生んでるのはお前らな

工学系は超電導っていうんだな
確かに理学系では超伝導だな
どっちか決めたほうがいいかもよ

超伝導の研究してきた研究室は日本は沢山あるからな
本来なら量子コンピューターの基礎は日本が独占できるほど進んでいるのだろうが
もうかなりやばい周回遅れが発生している。低温・真空・超伝導を活用できる良い機会なのにね
どうやら、日本政府はスパコンとやらにお熱で優秀な低温技術者を使おうと思わないらしい
素地的には確実に世界トップなのにね、やっぱおかしいよねこの国の予算配分

理学か工学かじゃない

物理、化学、材料は超伝導
機械、電気、電子は超電導

特別な超伝導相があり、条件温度等に至ると
反強磁性を示すということで良いんじゃないの？
で構造はお察しの通り異世界的ということで

>>43
どちらからも一方通行ってことで良いのかな？
閉じたら開かない扉

>>50
外部から熱が加われば超伝導は普通に解けるのでは

>>13
そらそうよ
人間なんて何故心臓が動くか科学的原理わからなくても生きているしな
原理分からなくても普通に生きていける

>>52
心臓が動く仕組みを知らないで科学板にいるのが不思議でしょうがない
どこから迷い込んだんだ

電子がブンブン周ってるのを止めないと
超伝導にならんのだろ
極低温しか無理だな宇宙空間なら可能か

超電導超電導言われ始めてもう半世紀

リニアモーター本体やレールから撒き散らされんのかね、砂鉄は？

分子が動いてないから電子がキャッチされずにそのままX線のように透過しちゃうんではないの

>>43
訳のわからん超理論振りかざすなよ
ウィーデマン・フランツの法則と書いてあるだろ

「分かってない」てのは為にする表現なのか本バカなのか知らんが
超伝導は量子論的には南部の魔法の杖「自発的対称性の破れ」で決着済み
わからないのは非金属の超伝導物質を司る基本的法則が存在するかだろ

>>58
話している中身についてちゃんと理解してるか？超伝導時には熱伝導は起きないっていう話の真偽と超伝導中の物質内部の具体的な現象の話だぞ

ウィーデマンフランツの法則は熱伝導についても言及するから、
熱伝導の発生しない超伝導、ひいてはこのレスのやり取り(超伝導はそもそも断熱効果があるという前後関係無視な仮説)の内容中に反証的に引用されているだけで
内部・外部の熱収支の考え方としてウィーデマンフランツの法則が関わってくるのは当然の事
お前のは断熱効果が有るのはなぜか(無いけど)という言及に対してのレスではない、浅い

お前はレスのやり取りそのものを理解しておらず短絡的な絡みでしかない

岩波ブルーバックスの本で読んだ内容の受け売り

電子はフェルミ粒子で、ニコイチになるとボーズ粒子の様に振る舞う。ボーズ粒子はボーズ・アインシュタイン凝集を起こすと超流動性を示す。電子がニコイチになって金属中で超流動するのが電気的な意味での超伝導であり、フェルミ粒子がニコイチであれば他の粒子でも同様の現象が起きる。すなわち超伝導。

ニコイチの原理は、金属の原子核格子と電子の相互作用で格子が振動する事で後続の電子が引っ張られる事による（BCS理論のクーパー対）。ただし別の原因でニコイチが成立することがあり、ヘリウム3などが知られている。ちなみにヘリウム4はボーズ粒子なので単体で超流動を示し、液体ヘリウムは容器の縁を乗り越えて滴下してしまう。

電子の動きが分子レベルで揃うので単一物質チックに振る舞うとか聞いた

ドブロイ波長に纏わるコヒーレント(統一化)が根源的な理由かも知れん
電子の超流動は熱とやはり密接に関係している
こういう「～はよくわかっていない」系スレって、ある意味物理学の常識テストだったりするのか