超伝導体と完全導体は似て非なるもの| 電気通信大学水柿義直教授

電気通信大学情報理工学域 III類（理工系）電子工学プログラム水柿義直教授

超伝導体と完全導体は似て非なるもの

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30分のミニ講義を聴講しよう！電気抵抗ゼロだけじゃない、不思議な超伝導

電子の性質には、粒子性と波動性の両方の側面があります。低温環境にて電気抵抗がゼロになる超伝導は、電子の波動性が強く現れている状態です。講義ライブでは、電子の波動性と超伝導との関係、および超伝導のエレクトロニクス応用について解説します。

電気抵抗の起源

超伝導の仕組み

講義を視聴する（30分）

先生からのメッセージ

私は、超伝導体を使った電子回路やナノエレクトロニクスの研究をしています。めざしているのは速い電子回路、省エネな電子回路、高感度なセンサー、高精度な電圧発生器などです。あなたにとって重要なのは、勉強、遊び、スポーツ、趣味などで「これは面白いな」と思えるものをいくつも持っていることだと思います。別の言い方をすれば、進んで実行することや主体的に行動することの範囲を広げておくことが大事です。自分の可能性を広げるためにも、いろいろなことにチャレンジしてください。

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夢ナビ講義も読んでみよう電気抵抗がゼロになる？　超伝導の応用の可能性を探る

超伝導とはいったいどんな現象？超伝導（Superconductivity）とは、ある金属や化合物をとても低い温度にまで冷やしていくと、電気抵抗がゼロになってしまう現象です。1911年にオランダで液体ヘリウムによる超低温環境での実験の際に発見されたこの現象は、その後長い間、マイナス250℃より高い温度での発生が確認されることはありませんでした。しかし、1986年にマイナス140℃前後で超伝導状態となる銅酸化物が発見されてから、超伝導の研究は一気に加速し、さらに扱いやすい低温環境、あるいは常温で機能する超伝導体の発見に向けて研究が続けられています。高精度のセンサーに超伝導を活用超伝導の応用が有効な分野には、さまざまなものがあります。例えば、リング状の回路で超伝導状態を起こさせると、そのリングに磁束が発生しているかどうかを確実に識別できるため、非常に感度の高い「磁気センサー」を作ることができます。SQUID（超伝導量子干渉計）と呼ばれるセンサーは、人間の脳の活動によって発生する電流の磁場を精密に測定したり、心電図などでは発見できない心臓疾患を発見したりすることが可能です。また、天文学の分野でも、超伝導の技術を応用したセンサーが電波天文台の受信機に採用されており、さらには人工衛星に搭載して観測に活用することなどが試みられています。超伝導コンピュータの未来は？超伝導の技術は、非常に高速なコンピュータ、あるいは非常に消費電力が低くてすむコンピュータのデジタル回路への応用も期待されています。超伝導体のリングの一部にごく薄い絶縁膜を設けることで、磁力線が出入りする仕組みを取り入れています。超伝導技術を使ったコンピュータでネックとなるのは、それ自体を冷やさなければならないという点ですが、日本や米国で現在も研究開発が続けられています。
電気抵抗がゼロになるという私たちの想像を超えた超伝導の現象は、もしかすると将来、とても身近な存在になるのかもしれません。