超高速の浮上式列車が目的地間を疾走し、北海の風力発電やサハラ砂漠の太陽光発電がニューヨークの電力網を支え、炭素を排出しない電動航空機が空を行き交い、携帯型MRIがベッドサイドで検査を行う世界を想像してみてください。超伝導体として知られる驚くべき材料は、量子効果を活用したこうした画期的な進歩をはじめ、さらに多くの可能性を実現できます。
超伝導体は何が違うのでしょうか？
通常の金属に電気が流れると、電子は互いにぶつかり、通り抜ける結晶構造の壁にも衝突します。そのため、移動距離が長くなるほど、より多くのエネルギーが失われます。一方、超伝導体と呼ばれる一部の驚くべき材料では、特有の超伝導転移温度以下に冷却すると、電子が対をつくって一つの巨大な量子波へとまとまり、コヒーレントな運動で流れるため、エネルギーをまったく失いません。
こうした特異な挙動は、単なる概念にとどまりません。超伝導電流がソレノイドを損失なく流れて磁場をつくる超伝導磁石は、MRI装置の撮像用筐体や、ジュネーブ近郊にある全長27kmの巨大な大型ハドロン衝突型加速器のリングなど、日常生活のさまざまな場面で使われています。超伝導送電ケーブルも、世界各地の電力網ですでに利用されています。ドイツのエッセンなどで。
超伝導体は高電圧・高効率を実現する
可能性に満ちた世界では、超伝導体は代替エネルギーの送電に欠かせない要素となるでしょう。現在の交流（AC）送電ケーブルはエネルギー損失が大きく、代替エネルギーが生み出される沖合や砂漠から、電力が最も多く使われる都市部まで、数百メートルに及ぶ距離へ電気を送るには不安定すぎます。高電圧直流（DC）と損失のない超伝導送電ケーブルは、ここで最大の効果を発揮できます。
現在知られている最高温度（それでも非常に低温）で動作する銅酸化物系超伝導体を使い、より優れた送電ケーブルを設計する方法を見つけることに加え、さらに高い超伝導転移温度を持つ新たな超伝導体の系統を見つける必要があります。
量子物理の未解明領域
現在最もよく知られている銅酸化物系超伝導体がどのように機能するのか、その背後にある量子物理をまだ理解できていないため、設計によって新たな超伝導体を見つけることは困難です。いま急務なのは、銅酸化物系超伝導体の基礎にある量子物理を理解するとともに、設計によって新たな超伝導体を生み出す多様な方法を見つけることです。
私たちは、超伝導にあと一歩のところまで来ている材料（そうした材料はいくつもあります）から出発し、磁性や、絶縁体に近い性質、引き伸ばされた（低次元の）結晶構造などを持つ材料に高圧を加えて、設計による新たな超伝導体の創出を目指しています。選んだ材料の微小結晶をダイヤモンドアンビルの先端で挟み、ハイヒールのかかと先端を上回り、海底に近いほどの圧力を加えます。
選んだ非超伝導材料に圧力を加えると、変化が生じ、まるで量子の錬金術のように新たな超伝導材料へと変わることがわかりました。この方法によって、すでに200ケルビン（約−73°C）を超える超伝導転移温度が実現しており、今後、材料の新たな魅力的な超伝導系統が生まれると期待されています。
今後は、設計によってさらに多様な超伝導体の系統を生み出し、最終的には室温超伝導体の実現を目指します。これにより、世界のエネルギーの未来を変革する道が確かなものとなるでしょう。
