超伝導体
超伝導体とは、「臨界温度」よりも低温になると抵抗なく電気を通す物質のこと。この温度では、電子は物質の中を自由に動くことができる。超伝導体は普通の導体とは異なり、非常に優れた導体でもある。普通の導体は、温度が下がるとゆっくりと抵抗値が下がっていく。それに対して、超伝導体は一気に抵抗がなくなる。これが相転移の一例です。強磁場は超伝導を破壊し、通常の導体状態に戻す。
通常、導体のそばを動く磁石は、電磁誘導によって導体に電流を流す。しかし、超電導体は表面電流を誘導することで、磁場を完全に押し出してしまう。超伝導体は磁場を通す代わりに、逆向きの磁石のように振る舞い、本物の磁石に反発するのだ。これはマイスナー効果と呼ばれ、超伝導体を磁石の上に浮かせたり、その逆を行ったりすることで実証される。
液体窒素で冷却された高温超伝導体の上を浮遊する磁石。超電導体の表面には持続的な電流が流れる。超電導体の表面には持続的な電流が流れているが、この電流は磁石の磁界を通さない（ファラデーの誘導法則）。つまり、電流が電磁石となり、磁石に反発するのである。
超電導体の歴史
| 1911 | Heike Kamerlingh Onnesが発見した超電導。 |
| 1933 | ウォルター・マイスナーとロバート・オクゼンフェルドが発見したマイスナー効果 |
| 1957 | John Bardeen、Leon Cooper、John Schriefferらが提唱した超伝導の理論的説明（BCS理論）。 |
| 1962 | 超伝導クーパーペアの絶縁障壁を介したトンネル現象を予測した。 |
| 1986 | アレックス・ミュラーとゲオルグ・ベドノルツが発見したセラミック超電導体。セラミックスは通常、絶縁体である。ランタン、バリウム、銅、酸素の化合物であり、臨界温度は30Kである。新しい超電導体の可能性を開いた。 |
アプリケーション
- 超伝導量子干渉素子(SQUID)
- 粒子線加速器
- 健康における小粒子加速器
- 浮遊する列車
- 核融合
- MRIスキャナー
質問と回答
Q:超伝導体とは何ですか?
A:超伝導体とは、「臨界温度」よりも低温になると抵抗なく電気を通す物質のことです。この温度では、電子は物質内を自由に動くことができます。
Q:超電導体と普通の導体はどう違うのですか?
A:普通の導体は、冷たくなるにつれて徐々に抵抗が減っていく（伝わりやすくなる）。これに対し、超伝導体は一気に抵抗値が下がります。これが相転移の一例です。
Q:超伝導体にはどのようなものがあるのですか?
A:超伝導体の例としては、水銀や鉛などの金属、セラミックス、有機カーボンナノチューブなどが挙げられます。
Q:磁石が導体のそばを通ると、どのような影響があるのでしょうか?
A:通常、導体のそばを磁石が動くと、電磁誘導によって導体に電流が流れます。しかし、超伝導体は表面電流を誘起することで、磁場を完全に押し出すことができるのです。
Q:マイスナー効果とは何ですか?
A:マイスナー効果とは、磁場を通す代わりに、超伝導体が逆向きの磁石のように作用し、本物の磁石を反発させることです。これは、超伝導体を磁石の上に浮かせたり、その逆に浮かせたりすることで実証できる。
Q:強磁場は超電導を破壊するのか、それとも強化するのか?
A:強磁場は超伝導を破壊し、通常の伝導状態を回復させる。
