コーネル大学の研究室で、物理学者たちは鉄セレン化物FeSeの超伝導が電子の数ではなく、物質の結晶格子がどれほど完全であるかに依存することを偶然発見した。この結論は高温超伝導体に関する従来の見方を変え、それらを制御する新たな道を切り開くものである。
通常、こうした物質では科学者たちは電子の数を変える、いわゆるドーピングによって、比較的高い温度で物質が抵抗を失う超伝導の「ドーム」に入り込もうとする。しかしFeSeでは、すべてが異なっていた。カイル・シェンの率いる研究者たちは、このドームの曲線が電荷担体の濃度ではなく、格子欠陥による電子の散乱と密接に関係していることを示した。
都市の通りを想像してほしい。道路が平らで穴がなければ、車は速く、妨げなく走る。穴や障害物が現れれば、たとえ車の数が増えなくても動きは遅くなる。FeSeの結晶でも同じである。電子は格子の不完全さにつまずき、まさにこれが物質がいつ超伝導体になるかを決めている。
PNASに掲載された論文の筆頭著者であるポスドクのポール・マリノフスキーは次のように説明する。「私たちは、この物質のドームが、これまで慣れ親しんできたものとは全く別のものによって制御されていることを突き止めました。どれだけ電子を加えるかではなく、電子が道中でどんな障害に出会うか、つまり結晶格子がどれほど完全か、あるいは不完全かによって制御されているのです」。
実験者たちはFeSeを制御する新しい手法を用い、異なる無秩序のレベルで抵抗がどのように変化するかを測定した。その結果、最小限の無秩序が超伝導の最大温度をもたらす一方、単に電子の数を変えるだけでははるかに小さな効果しか得られないことがわかった。このことはFeSeを他のほとんどの鉄系超伝導体と区別するものである。
この発見は基礎物理学にとってだけでなく重要である。構造的な無秩序の役割を理解することは、強力な磁石から量子デバイスまで、将来の技術に向けたより安定し制御可能な材料の創出に役立つかもしれない。格子が清浄であるほど、私たちは高温超伝導の実用化に近づくのである。
