鉄系高温超伝導が生じる仕組みをスパコン「京」を用いて解明 電子密度の揺らぎが原因
鉄系超伝導体は2008年に東京工業大学の細野 秀雄教授のグループにより発見されて以来、この物質群に属する化合物が多数発見されています。物質が超伝導を示す温度（転移温度）が摂氏-220度を上回る「高温超伝導体」を含むことから、この物質群で超伝導が起きる仕組みを明らかにすることで、より高い転移温度の超伝導体を作る指針になると考えられ、全世界で精力的な研究が行われています。それにも関わらず、超伝導が生じる仕組みは未だよく明らかにされていません。困難の一つの原因としては最近まで鉄系超伝導体のような複雑な化合物の理論模型を調べる有効な方法がなかったことが挙げられます。
© 2015 Takahiro Misawa and Masatoshi Imada.
鉄系超伝導体の理論模型の相図。
東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の三澤 貴宏助教、今田 正俊教授はこの困難をスーパーコンピュータ「京」を活用して克服しました。鉄系超伝導体を第一原理計算によって理論解析することで、従来はあまり重要と思われていなかった電子密度のゆらぎの増大が超伝導の原因であることを見出しました。
三澤助教らはまず、量子力学・統計力学の法則に従って、 鉄系超伝導体の物質構造だけを入力として、実験結果と一致する性質を持つ超伝導状態を計算機の中で数値的に生み出すことに世界で初めて成功しました。さらに、実験では直接制御することが困難な物質中の電子間に働く相互作用をコンピュータの中で制御することで、超伝導の原因となる主な要素を突き止めました。その結果、電子の密度のゆらぎが増大するときに例外なく超伝導が生じるという証拠を得ました。
これは長年の高温超伝導の仕組みを解明しようとする基礎研究の中で重要な意義を持つものです。また、この研究で得られた超伝導の仕組みを指針にした物質を設計することで、高い転移温度を持つ物質を探索する実験にはずみがつくと期待できます。
論文情報
Takahiro Misawa and Masatoshi Imada,
“Superconductivity and its mechanism in an ab initio model for electron-doped LaFeAsO”,
Nature Communications Online Edition: 2014/12/22 (Japan time), doi: 10.1038/ncomm6738.
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