材料科学
ねじれた二層WSe₂における超伝導性: 新たなグラフェン競合相手？
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新しい超伝導材料
超伝導は、規模と低コストで実現できれば人類文明を革命的に変える現象です。これは、ほとんどのハイテク応用において必要とされる電力や磁場のレベルは超伝導材料でしか扱えず、電気抵抗があると過熱が過剰になるためです。
長年の課題は、既知の超伝導材料のほとんどが極低温、しばしば絶対零度からわずか4度上の約4K付近でしか利用できないことです。
そのため、超伝導は液体ヘリウムと組み合わせた場合にのみ実用的であり、液体ヘリウムは非常にエネルギー集約的なプロセスで生成が困難な冷却液です。
長らく、炭素の2次元単層であるグラフェンは、より実用的な超伝導の有力候補と考えられてきました。
しかし、グラフェンを有望にする要因はタングステンなど他の材料にも拡張できるようで、新たな超伝導材料の探索が開かれました。この発見は、コロンビア大学、テネシー大学、そして日本の国立研究開発法人 物質・材料研究機構（NIMS）の研究者によるもので、権威ある『Nature』1に5.0°ねじれ二層WSe2における超伝導というタイトルで掲載されました。
超伝導の可能性
より安価で高温でも動作する超伝導材料は、技術の応用可能性を根本的に変えるでしょう。これにより、液体窒素や、mRNAワクチンの保存に使用される冷凍庫の冷却技術といった、エネルギー集約的な代替手段に取って代わる冷却方法が可能になります。
高温超伝導体が実現すれば可能になることとして、以下が挙げられます：
- より高性能なMRI、高解像度で構築・運用コストが低くなり、より日常的な医療検査になることが可能です。
- 電磁推進システム（別名磁流体力学（MHD）ドライブ）は、海水を電気化して船を推進します。
- より強力で効率的な 電気エンジン。
- より高密度で安全なバッテリーは、超伝導磁気エネルギー貯蔵（SMES）を利用できます。
- 超伝導リミッタ、スイッチ、ヒューズは電力網インフラを改善します。
- 損失のない長距離送電は、例えば太陽光パネルが太陽に照らされたまま何千キロ離れた都市に電力を供給するなど、再生可能エネルギーの効率を向上させます。
- より安価で保守が容易な 磁気浮上列車や、将来的にはハイパーループシステム。
- センサー／磁力計（超伝導量子干渉装置（SQUID））は産業用途に活用できます。
- 超伝導量子コンピューティング
- （量子コンピューティングの進展については、当社の記事「量子コンピューティングの現状」をご覧ください）。
- 防衛・航空宇宙分野の応用、放射線シールド、電磁発射、磁気ベアリング、センサー、レールガン、コイルガン、レーザー、その他エネルギー兵器などを含みます。
高温超伝導が銅置換鉛リン酸塩（CSLA）で実現できる可能性がありますが、この主張は数年後もこの分野の専門家の間で激しく議論されています。
グラフェンの超伝導性
グラフェンは単層のときは非常に効率的な電気伝導体ですが、「ねじれ二層」として形作ると超伝導体になることがあります。これは2層がわずかにずれ、約1.1°の差がある状態で、グラフェンにとって魔法の角度とされています。
2024年11月に、そうした二層が摂氏-213度（華氏-351度）に相当する約60Kまでの温度で超伝導状態を維持できることが数学的に示されました。
2020年以降、別の材料としてタングステン・セレン（WSe₂）が同様の特性を示すと疑われています。
タングステン・セレン超伝導性
これまで、超伝導に関連する現象は、いわゆる遷移金属ジカルコゲナイド（TMD）クラスに属する多くの材料で検出されてきました。
しかし、新しい研究は5.0°（層間の角度差、温度ではありません）ねじれ二層WSe₂における超伝導を確実に確認しました。
この実験では特に低温（426ミリケルビン）で強く観測されましたが、これにより二層超伝導はグラフェン以外の層状材料でも実現できることが示されました。
ねじれ二層WSe₂は低温で超伝導相と磁性相の間に鮮明な境界を示し、これが超伝導性の根本的なメカニズムを説明する可能性があります。
グラフェンより優れているか？
TMD材料が超伝導可能であれば、実際にグラフェンよりも優れている可能性があります。
その理由は、TMD材料はグラフェンに欠けている固有のバンドギャップや大きなスピン軌道結合、スピン・バレー・ロック、磁性など、多くの望ましい特性も備えているからです。
この点で、これは別の先進的なメタマテリアルであるカゴメ材料と似ており、カゴメ材料も超伝導と磁性を同時に示しますが、通常は同時に起こらない二つの現象です。
全体として、超伝導分野は非常に速いペースで進展しており、何が可能で何が不可能かという従来の前提を覆しつつあります。
タングステン企業
タングステン二層が超伝導であることが証明されれば、すでに多くの軍事用途、半導体産業、先端製造で使用されている超硬金属の重要な新たな利用ケースとなります。
タングステンの投資ケースについては、2024年10月のレポート「Tungsten – The Secret High-Tech Metal」で詳細に取り上げました。
それ以降、中国はタングステンの輸出制限を発表しました。タングステンの80%が中国で生産されているため、欧米産業に供給できる企業は極めて少なくなり、中国のサプライチェーンから独立した供給が困難です。
Almonty Industries
AII.TO 価格チャート
Almontyはタングステン採掘企業で、現在は主にポルトガルの鉱山から生産しており、同鉱山は過去125年間稼働しています。
同社はポルトガル鉱山の拡張に取り組んでおり、スペインに未開発の埋蔵量も保有しています。
出典: Almonty
同社の最重要プロジェクトは、韓国・サンドンでの新鉱山開発であり、同鉱山は他の全埋蔵量を合わせた以上の推定資源を有しています。
出典: Almonty
同社は西側諸国で唯一稼働中かつ生産しているタングステン採掘企業の一つとして、Almontyは防衛産業にとって重要な戦略的サプライヤーです。そのため、中国供給への依存を減らす上で重要な企業です。
サンドン鉱山の立地は防衛産業への供給に最適で、韓国は戦車、砲兵、弾薬などの「低技術」軍事装備の大量生産における新たな大国であり、タングステン需要が比較的少ない戦闘機や空母などとは対照的です。
中国がカザフスタンで巨大なタングステン鉱山を開く準備を進める中、AlmontyはAlmonty Korea Tungsten Projectのサンドン鉱山が数か月以内に稼働開始することで「タングステン確保に関わる政治を大幅に変える」体制を整えています。生産が開始されれば、世界最大級のタングステン鉱山となり、非中国供給の30％を占めることになります。Lewis Black, director, president, and CEO of Almonty Industries (ALM )
Almontyは2025年初頭から中頃にかけて、韓国の鉱山からタングステンの生産を開始する見込みです。
西側で実質的に唯一の大規模サプライヤーという戦略的立場から、AlmontyはPlanseeから保証価格の提示を受けました。Planseeは高性能金属メーカーで、Almontyの主要顧客の一つであり、同社の15％を所有しています。
最低保証価格は1メトリックトンあたり235ドルで上限は設定されていません。サンドン鉱山は1メトリックトンあたり110ドルの現金コストを目指しているため、事実上高い利益率が確保される見込みです。
サンドン鉱山の開業とトランプ政権下の米中貿易戦争というほぼ完璧なタイミングが重なり、株価は中国のタングステン輸出制限発表後わずか2日で40％上昇するなど強く反応しました。
研究参照:
1. Guo, Y., Pack, J., Swann, J. et al. (2025) 5.0°ねじれ二層WSe2における超伝導. Nature 637, 839–845. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08381-1
