北京大学の中国の物理学者たちは、超伝導体に新たな相を発見した。それは、温度—圧力図の「左翼」において、物質が突然、抵抗なく電流を流し始める境界と正確に一致する。
研究者の朱宇成、曾嘉熙、李新正らは、この相——格子の量子無秩序——が原子核の量子揺らぎによって生じることを示した。電子が主役とされる従来のモデルとは異なり、ここでは結晶格子そのものの振る舞いが鍵となる。
科学者たちは、核の量子的性質を考慮するために分子動力学における経路積分法を適用した。計算により、圧力—温度の相図上に、格子が量子効果によって無秩序を保つ三角形の領域が明らかになった。この領域の左の境界は、超伝導が始まる温度と一致する。
この効果はニッケルを含む材料で特に顕著に現れる。水素を重水素に置き換えると、量子相の境界が移動し、超伝導の最高温度は220から160ケルビンに低下する。これは、核の揺らぎと電子対形成のメカニズムとの直接的な関連を裏付ける。
この発見は高温超伝導の見方を変える。今やそれは、電子と格子の共同の量子状態として捉える必要がある。これまで構造相図は、核の多体を考慮せずに作られており、それが不正確な予測につながっていた。
新たな相は、より高い超伝導温度を持つ材料を探すための指針を与え、超伝導ドームの「左翼」でなぜ超伝導が急に途切れるのかを説明する。
