摩擦なしでレールの上を飛ぶように走る列車、あるいは一ワットも無駄に失われないスマートフォンの充電を想像してみてほしい。まさにそうした未来を切り開くのが超伝導だ。電気抵抗ゼロで電流が流れる現象である。しかし、何十年もの間、それは液体ヘリウムによる高価な冷却を必要とする極低温でしか実現できなかった。
ユトレヒト大学、ライデン大学、そしてミュンヘンの科学者たちによる新たな研究が、その悲願に近づきつつある。本日『サイエンス』誌に発表された論文は、超伝導の二つの主要条件のうち一つがすでに室温で満たされ得ることを示している。完全な全体像はまだ明らかではないものの、これは重要な前進である。
超伝導には二つのことが必要だ。第一に、電子がクーパー対を形成すること。第二に、それらの対が同期して動くこと、いわゆる位相コヒーレンスである。通常の超伝導体では、両方の過程が極低温で同時に起こる。1980年代に発見された高温超伝導材料では、状況が異なる。
科学者たちは、そうした材料ではクーパー対が超伝導状態への転移点よりはるかに高い温度ですでに形成されることを明らかにした。研究を率いた一人であるイングマル・スヴァルトは、「対を結びつける『のり』は、室温でも対を保つのに十分なほど強固だ」と指摘する。したがって、ボトルネックとして残るのはまさに対の同期した動きなのである。
測定のために、チームは個々の電子が運ぶ電流と、対が運ぶ電流とを区別できる独自の装置を開発した。これにより、対の形成がいつ、どのように起こるかを直接観察することが可能になった。結果は、第一の重要な段階が通常の条件下で達成可能であることを裏付けている。
位相コヒーレンスを解明できれば、室温超伝導への道は現実のものとなる。そうなれば、冷却に莫大なコストをかけずに、超効率的な送電線、強力な量子コンピューター、磁気浮上式列車が実現するだろう。研究者たちはすでに、この第二の課題に集中することを計画している。
この発見は即座の飛躍を約束するものではないが、次に進むべき方向を明確に示している。今や、主要な障壁の一つが克服可能であることが明らかになった——そしてそれは、根拠ある希望を抱かせてくれる。
