元スレ【物理】臨界温度38Kのフラーレン超伝導体の謎を解明　モット絶縁体状態から、加圧で電子が動き出し金属状態に変身

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1 = :

本研究成果のポイント
○加圧でフラーレンの分子間の距離が短縮、電子移動が加速し、超伝導体に変化
○絶縁体と超伝導体が別物ととらえられてきたフラーレンの常識を覆す
○「高い超伝導臨界温度は、絶縁体の近くに現れる」という指導原理を実証

　独立行政法人理化学研究所（野依良治理事長）、国立大学法人東北大学（井上明久総長）、
英国ダーラム大学などの国際共同研究チームは、有機超伝導体（分子性物質）の中で、加圧下で
最も高い超伝導臨界温度を示すフラーレン物質について、構造・電子物性を多角的な手法で解析し、
加圧すると分子間距離が縮まり、電子が動き出して金属化し、超伝導現象を発現することを明らか
にしました。理研放射光科学総合研究センター高田構造科学研究室の高田昌樹主任研究員、
ダーラム大学の高林康裕博士研究員（現、株式会社イデアルスター）、 Kosmas Prassides教授、
東北大学の岩佐義宏教授、高野琢（博士課程3年）、高輝度光科学研究センターの大石泰生主幹
研究員、産業技術総合研究所の竹下直研究員、リバプール大学のMatthew J. Rosseinsky教授らの
共同研究による成果です。

　フラーレン超伝導体は1991年に発見され、当時NECの谷垣勝己研究員(現東北大学教授)らによって
臨界温度Tc=33K（ケルビン）という、分子性物質の中で最も高い値を示すことが注目されました。
2008年には、セシウム元素（Cs）を添加（ドープ）させた新しいフラーレン（Cs3C60という組成）を
高林康裕博士研究員らが開発し、圧力を加えるとTcが38Kで超伝導となることを発見しました。
これにより、分子性超伝導体のTcの記録が、同じフラーレンによって17年ぶりに塗り替えられました
（Nature Materials 7, 367, 2008)。しかし、不思議なことにCs3C60は、通常の圧力下では超伝導現象を
示さず、従来知られていたフラーレン超伝導とは大きく物性を異にしていることが、謎のまま残されていました。

　今回の国際共同研究によって、Cs3C60は、常圧の条件下では電気を伝えることができない絶縁体
となり、しかもモット絶縁体と呼ばれる特殊な状態にあることが分かりました。そして、圧力を加えると
電子が動き始めて金属化すると同時に、高いTcの超伝導が発現することを明らかにしました。

　本研究では、フラーレンの高いTcでの超伝導現象が、絶縁体から金属に変化する電気的性質に
鍵があることを、大型放射光施設SPring-8の高圧構造物性ビームライン（BL10XU）高輝度放射光を
用いて高圧下で原子配列を決定することで、初めて明らかすることができました。この振る舞いは、
有機超伝導体や銅酸化物超伝導体など、通常の金属や合金の超伝導とは異なる性質を示す超伝導体
にも見られるものです。このため、今回の成果は、高いTcの超伝導体を作るには、絶縁体の物質に
近い構造や組成の材料を探索することが有効であるという、分子性高温超伝導物質探索の研究指針に
重要な道筋を提供することになります。本研究成果は、米国科学誌『Science』のオンライン版に3月20日
掲載予定です。

http://www.spring8.or.jp/ja/current_result/press_release/2009/090320

The Disorder-Free Non-BCS Superconductor Cs3C60 Emerges from an Antiferromagnetic Insulator Parent State
Science 20 March 2009: Vol. 323. no. 5921, pp. 1585 - 1590
DOI: 10.1126/science.1169163
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/323/5921/1585

2 :

一行で言うと、
「フラーレン物質は、加圧すると分子間距離が縮まり、超伝導現象を発現する。」
で良いですか？

3 :

窮鼠猫を噛むみたいなもんですか

4 :

高校の時、理系を選択したが化学と物理が１だった俺にはさっぱり

5 :

昨今のフラーレン研究ってどうなってんだろ。初めてフラーレンの構造見た時は感動したなあ。

6 :

わけワカメなスレタイ止めて＞＜

7 :

バックミンスター・フラーを語る会と聞きまして

8 = 2 :

>>7
６０年代の生き残りか。

9 :

>>6
カーボンナノチューブの中にフラーレン流して、チューブの先で合体させて長くする、とかやってたな

10 :

>>フラーレンの高いTcでの超伝導現象が絶縁体から金属に変化する電気的性質に
鍵があることを大型放射光施設SPring-8の高圧構造物性ビームライン（BL10XU）高輝度放射光を
用いて高圧下で原子配列を決定

ああ、なるほどねぇ！

13 :

やっぱ近づかないとな
分子も電子も仲良くやろうって事だな

14 :

距離は程々がいい

15 :

>>12
大きな前進だべ
人為的にコントロール出来るようになれば無限の可能性が広がる

16 :

シリコンやスズ、鉛でフラーレン作れねーのかね？

17 :

>>6
何も出来ないシンジ君が親父のプレッシャーで覚醒しちゃってエウﾞァ暴走
でいいかと

18 :

臨界温度３８Ｋもう少し上がればいいなぁ

20 :

Spring-8って試験材料に圧力かけたり超低温状態保ったまま
測定ラインに載せること出来るってことか？ちょっと感心した。

21 :

日本って解明するだけで、全く新しい発明とか発見が少ないね。まあ業績あげにくいからしょうがないけど(´･ω･`)

22 :

ここ最近の新しい超伝導のMgB2とか鉄砒素とかは、日本発だよ
修士までの学生に、結果が出るかどうかがわからない実験をさせられるのが、日本の強み。
海外だと、ちゃんと研究するのは、博士過程からで、ちゃんと結果が出ることをさせなきゃならない。

23 :

モット絶縁体

24 :

>>22
修士までの業績だから当然、指導教官が業績をネコババできるわけですね(´･ω･`)

25 :

ごめん、スレタイの、

物理　謎を解明　金属状態に変身

しか意味分からんかった。

26 :

また、2000年前後には、フラーレンなどでも高温超伝導が生じるとする論文が数編提出されたが、後にすべて研究者による捏造と判明して撤回された[2] 。

27 :

形が面白い以外なんの役にもたたんやっちゃな

28 :

まだ超電導解明できない人類WWW
ゆとりWWW

29 :

そろそろ折り紙やあや取りの要領で分子構造を構成することができそうだな。
分子建築学とでも命名できそうなもので
思わぬ特性が発見されそうだ。

31 :

俺は、パーだから何が何だが、さっぱり解らん。先生、簡単に書いてちょ

32 :

>>31臨界点で絶縁体が硬直するんだろ？

33 :

要するにインポでもきつく閉まると敏感になるという事ですね先生

34 = 31 :

>>32 >>33
そうだったのですね。ありがとお。超伝導は、これからだね。

35 :

(1/4)
天使|｡・_・｡)ﾉ　>>1に出てくる何のこっちゃな単語
『フラーレン』と『モット絶縁体』について説明をば。

まずフラーレンは60個の炭素原子が↓こんな風につながった分子。
60個の他にも70個とか540個とかのフラーレンもあるです。

「黒鉛・ダイヤモンドの他にこんな構造があるのね」という点で興味集めたんだけど。
ほんのちょっとだけ金属まぜると超伝導体になるという
妙な性質があるため注目されとるです。

特に炭素60個に対してセシウム3個混ぜた構造が
超電導になる温度が一番高温で常温に近いんだけど、その理由は>>1でも説明しとらん

36 = 35 :

(2/4) >>35続き
天使|｡・_・｡)ﾉ　もういっちょの『モット絶縁体』の説明の前に雑学を。

PC・モニター・コンセントの間をケーブルがつながってるんだけど、
「ケーブルは電気を流してるんだろう」これは正解。
「電流が流れてるんだろう」これも正解。
「電子がケーブルの中を移動してるんだろう」これも正解。
「電子っていう名前の小さい粒が動いてるんだろう」これは正解では無いです。

電荷をもった大量の粒がケーブルの中を動こうとすると
お互いの斥力で全く身動きがとれなくなるです。
量子力学の「電子の波動性」があるおかげで、ケーブルは電流を流せるです。
ケーブルの中の金属全体に、電子の存在確率がブワァっと広がっております。

37 = 35 :

(3/4) >>35-36 続き
天使|｡・_・｡)ﾉ　「ソファや畳に電流が流れないのは、この斥力のせい？」かというと
また別の理由っす。電子が動き出すのに必要なエネルギーが凄く大きいからです。
こーゆーのを『バンド絶縁体』と言います。　絶縁体といえば普通はこれ。

ところが、ある特殊な物質内では電子の存在確率がそんなに広がってなくて、
電子が粒子のような性質を示すという物質があります。

こんな物質の中では、まさに>>36 のように電子同士のお互いの斥力で身動きとれない、
そういう理由で電流を流さない絶縁体があります。これを『モット絶縁体』と言います。

38 = 35 :

(4/4) >>35-37 続き
天使|｡・_・｡)ﾉ　こういうモット絶縁体を機械か何かでギューっと押すと。
電子が存在してる領域と他の電子の領域がくっついて、
いっきに電子の存在確率が物質全体に広がります。金属の性質を示しだします。
電子が粒子性から波動性に切り替わるわけです。
この切り替わる瞬間ってのは、いろんな変な物理現象が見られる事が知られてます。

>>1は炭素60個に対してセシウム3個混ぜた分子が
高温度の超伝導を示すのはまさにこの瞬間だと言ってる
（・・・んだと思う。オリジナル論文でも「同時に」って書いてあるかは知らん）。

【電子の粒子性と波動性の切り替わり】　【より常温に近い高温の超伝導】
なんか関係なさげな二つの事柄が、どうも何かリンクしてるようだ・・・と言ってるよーな

39 :

ホットモットと絶縁したんですね。

40 :

>>38
なるほど、バンドギャップで電子が動けないんでは無くて、
電子の粒子性が高いので動けない状態なのか。

金ナノ粒子が局在プラズモン吸収で赤い色してんのが
バルクの金になると金色になるのと似たようなものと考えていいのかな？

41 = 40 :

>>29
そんなあなたにこれを見てほしい
http://chemistry4410.seesaa.net/article/115275583.html

42 :

>>40

まったく違うんじゃない?
金箔を太陽に透かして見たことある?

43 = 40 :

>>42
あるよ。緑色。
つか、金属のナノ構造を作るのが俺の専門分野なんだけど、
それがどういう物性を持つのか良く知らないんで。

44 :

これって加圧していくと徐々に金属光沢が出てくるの？
もしそうなら見てみたいな

46 :

>>45
小さい粒が動いてると考えて正しいよ。>>36は筆がちょっと
滑ったんだろう。

たとえば、発電所から自宅のPCまでの電気を考えたとき、
電線の中では電子が動いてる。
ただし、一瞬で発電所からPCまでくるような速度では動かない。
なのに、即座に電気が伝わるのは電場が光速で広がるから。

47 :

>>35-38
天使乙。なかなかわかり易かった。

48 :

金属状態はわしが育てた

49 :

少々調べちまったぜ＞モット絶縁体
なるほど、通常のバンド理論は平均場近似に立脚しており、この近似が通用しない
ある種の絶縁体を言うわけね。

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