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超伝導材料の働きを左右する不純物サイズ
ノースカロライナ州立大学の研究者たちは、不純物の大きさが超伝導物質にどのような影響を与えるか、あるいはどのような利益をもたらすかに注目し、不純物と超伝導物質との相関関係を見出そうと懸命に努力している。
超伝導材料とは、漏電によってエネルギーを失うことなく電気を維持できる材料のことである。これらの材料は、MRI技術を通じて医療産業で一般的に利用されており、電力技術の実現に大きな役割を果たすと考えられている。
ビスマス・ストロンチウム・カルシウム・銅酸化物（Bi2212）は超伝導材料であり、この種の材料の中で唯一、超高温でコイル状に巻ける材料とされている。 そのため、高エネルギー物理学に属するあらゆるものへの応用が期待されている。変圧器、送電線、モーターなどである。
また、巨大な磁場を必要とする分野でも役に立つだろう。これには、磁気共鳴イメージング技術や電磁石など、この括りに入る磁気アプリケーションが含まれる。
Bi2212がこれらの用途に使用されるためには、銀に包まれた500から1000本のBi2212フィラメントを含むマルチフィラメントワイヤーに加工された後、材料は摂氏約900度に加熱されます。しかし、この工程では、材料中に多孔質粒子とBi2201からなる不純物が生成される。
著者のジャスティン・シュワルツ博士（神戸製鋼所教授、NC州立大学材料科学・工学部HOD）は、多孔質粒子も問題だが、不純物が最も重要だと言う。
この不純物こそが、Bi2212の性能をプラスにもマイナスにも変える可能性があるのです。研究者たちは、Bi2212の超伝導性を最適化するために、より良い加工方法を考え出そうと懸命に取り組んでいる。
超伝導体としてのBi2212の性能を向上させる一つの方法は、幅1.2から2.5のナノスケールの不純物である。これらのナノスケールの不純物や欠陥は、磁束を定位置に固定するためのピボットポイントとして機能する。このピボットポイントは、磁場の存在下で磁気渦が抵抗率や超伝導を阻害する原因となる磁気渦の移動を避けるために、磁気渦を安定させる働きをします。
Bi2212は、電流を利用して高い磁場を発生させるために使用されるため、磁束を固定することはオプションではなく、磁場の存在下でこの材料が機能するために必要なことなのです。
Chin Trento
