材料科学
常温超伝導体は本当に可能か？ QMULが「はい」と答える
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超伝導の制限
電気は歴史上最も変革的な技術の一つであり、長距離にわたって非常に有用なエネルギー形態を送電できるようにしました。しかし、すべての「通常」の電気システムは電気抵抗に直面し、電流が流れると熱が発生します。
代替手段として、いわゆる超伝導材料があります。超伝導材料は電気抵抗がゼロであり、熱を発生させずに極めて大きな電流を使用できます。
超伝導がなければ、粒子加速器（例：CERN）やMRI、そして磁気浮上列車など、多くの現代技術は実現できません。
超伝導は、ITERや核融合、マスドライバー、量子コンピュータなど、最も有望なメガプロジェクトや技術革新の重要な要素となります。
ゼロロスの電力送電線は、超長距離の電力網接続を開発する上でも重要であり、天候や時差にわたる再生可能エネルギーの供給を緩衝し、太陽光や風力の制限の一部を解決します。
出典: XOT Metals
しかし、これまで超伝導は、絶対零度のほんの数度上という超低温、または極めて高い圧力、あるいはその両方でのみ実現されてきました。
超伝導への多様なアプローチ
現在、高圧で生成された材料が、圧力クエンチプロトコル（PQP）と呼ばれる実験手法を用いることで、低圧でも超伝導性の一部を保持できる可能性が示唆されています。
最近、WSe₂（タングステンセレニウム）のねじれ二層構造が、より高温の超伝導体の有力な候補材料であることが示されました。
別の新しい候補超伝導体クラスである二層ニッケル酸化物も、今年リストに加えられた可能性があります。
高温で超伝導を示す新素材を見つける際の問題は、そのメカニズムが十分に解明されていないことです。特に高温や常温超伝導に関しては尚更です。長らく、これは完全に不可能と考えられてきました。
その後、LK-99（銅置換鉛リン酸塩（CSLA））という謎のケースが現れ、常圧・常温超伝導体の新タイプの可能性が示唆されました。この主張は直ちに偽造や測定誤差として批判されましたが、他の研究者が何らかの現象が実際に起きている可能性を発見しました。
QMUL（ロンドン・クイーンメアリー大学）やケンブリッジ大学、そしてIntellectual Venturesの研究者による理論物理学の新たな進展が、常温超伝導体が実現可能であることを示す手がかりになるかもしれません。
彼らはその結果1を『Journal of Physics: Condensed Matter』に「基本的な物理定数から導かれる最高フォノン周波数と超伝導温度の上限」というタイトルで掲載しました。
Understanding TC Limit
すべての超伝導材料は、TC（臨界温度）と呼ばれる値で定義されます。ほとんどの超伝導材料では、TCは絶対零度のほんの数度上に過ぎません。
しかし、この新しい研究はTCの理論的上限がどこまでかを探求しました。
このような上限は、電子質量、電子電荷、プランク定数など、宇宙の基本的な力と定数によって決まります。
この研究は、これらの定数が「凝縮相におけるフォノンの周波数、すなわち原子が振動できる速さに上限を設定する」ことを示しています。これにより、フォノンが超伝導温度を仲介するため、可能なTCの下限と上限が決まります。
Upper And Lower Limits For TC
TCが可能かどうかを決定するために用いられる数学や素粒子物理学はかなり複雑で、非専門家の範囲を超えています。例として、科学論文の序文から抜粋します。
「我々の密度汎関数理論（DFT）計算では、以前の論文と同様の手法を使用しています。これには、Perdew–Burke–Ernzerhof 交換相関汎関数、エネルギーカットオフ1200 eV、そして電子ブリルアンゾーンをサンプリングするための間隔2π×0.025Å−1のk点格子が含まれます。」
簡単に言えば、研究者が開発したモデルは、固体や液体中で原子の振動周波数がどれだけ高くなるかを調べています。
これにより、超伝導のTC上限は100〜1,000 K（-173.15〜726°C、-279〜1340°F）となります。理論上、常温での超伝導が完全に実現可能になることを示しています。
これにより、常温が超伝導可能な領域に確実に位置付けられ、常温超伝導が理論上不可能であるという従来の認識が根本的に変わります。
Deeper Understanding Of The Universe
この結果は別の研究でも独立して確認されており、より詳細な理論解析が実際の物理現実と合致する可能性が高いことが示されています。
これにより、常温超伝導体が可能である理由をよりよく説明する理論的枠組みが得られたことで、超伝導研究分野は大いに刺激されるでしょう。
「この発見は、常温超伝導は基本定数によって排除されていないことを示しています。科学者たちに希望を与えます：夢はまだ生きています。」
凝縮系が粒子レベルでどのように振る舞うかについてのこのような深い理解は、材料科学、エレクトロニクス、プラズマ物理学など他の分野でも成果をもたらすでしょう。
将来の応用
常温超伝導体は、製造が大規模に可能になるほど十分に理解されれば、すぐに驚異的な素材となるでしょう。
最初の直接的な効果は、MRI、磁気浮上列車、先進的なタービンや発電機、粒子加速器、実験的核融合炉など、すでに超伝導を利用している装置のコストを削減することです。
また、これまで低温超伝導体の技術的制約により実現不可能または極めて高コストだった技術も可能にします。
これには、ハイパーループ列車、軌道到達用マスドライバー、商業核融合、洲間電力網接続などが含まれます。これらの技術は人類文明の進路を永遠に変えるでしょう。
超伝導ソリューションのリーダー
AMSC 価格チャート
AMSCは、電力網、船舶、風力エネルギー向けのエネルギーソリューションを提供する企業です。一般に、電力消費が大きい、または規模が大きいシステムほど、過熱を防ぐために超伝導技術が必要となります。
名前に反して、ASMCは超伝導システムだけでなく、例えば風力タービン用のギア駆動系も提供しています。
同社は、電化やデジタル化（AIデータセンターを含む）のトレンド、米国製造拠点のリショアリング、そして増大する地政学的リスクに対応して英語圏海軍が近代化を求める必要性など、複数の成長要因に乗っています。
電源部門では、AMSCの受注は着実に増加しています。これは、半導体工場が電力網の変動から保護されることを求め、再生可能エネルギーの変動性に対応し、産業施設での電源と制御が必要とされることが要因です。
風力タービン部門では、AMSCは主にElectrical Control System（ECS）で活動しています。歴史的に、2MW風力タービンでESCは同社の強力なセグメントでしたが、徐々に縮小しました。AMSCは新しい3MWタービン設計により、特にインド市場に焦点を当てて回復を目指しています。
出典: American Superconductor Corporation
軍用船向けに、ASMCは「AMSCの高温超伝導磁気機雷対策」システムを提供しており、船舶の磁気シグネチャを変更して機雷から保護します。これまでに米国、カナダ、英国海軍に対し、7,500万ドル相当の受注があります。
全体として、ASMCは現在実用的なニッチな応用分野で超伝導技術を活用することで最も成功していますが、将来的にさらなる技術革新を展開できる体制も整えています。投資家は、同社株式が過去に極度の変動を示したことを留意し、リスクを適切に評価すべきです。
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参照された研究：
1. K Trachenko, B Monserrat, M Hutcheon and Chris J Pickard.(2025) 基本的な物理定数から導かれる最高フォノン周波数と超伝導温度の上限. Journal of Physics: Condensed Matter. 37165401. 13 2025年3月. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/adbc39
