(57)【要約】  臨界温度Ｔｃ＞３００Ｋの超伝導体の製造方法が開示されている。この方法は超伝導のドーピング機構が発見された高Ｔｃ超伝導理論に由来するものである。この方法により形成された１種の超伝導体は、ＡｌＢ２型金属間化合物、例えばＳｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２をドーピングすることで得られたＡｌＢ２型超伝導体である。この方法により形成された他の１種の超伝導体は、ＣａＣｕ５型金属間化合物、例えばＬ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５、ＬＣｕ（５（１−ｘ））Ｎｉ（５ｘ）（Ａ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｌ＝Ｌａ、Ｙ、Ｍｍ）、Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５、Ｌａ（１−ｘ）Ｓｒ（ｘ（１−ｙ））Ｃａ（ｘｙ）Ｃｕ５をドーピングすることで得られたＣａＣｕ５型超伝導体である。特に、ＣａＣｕ５型金属間化合物ＬａＮｉ５及びＭｍＮｉ５は臨界温度Ｔｃ＞３００Ｋの超伝導体である。これらのＣａＣｕ５型超伝導体は高い臨界電流密度を有するので、電力伝送に好適である。【選択図】図２
2014510191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ＡｌＢ２型結晶構造とＣａＣｕ５型結晶構造のような３層の六方晶系構造を有し、ただし、Ｒは、希土類元素（元素Ｙを含む）及びその混合物を表し、ＥとＡは、アルカリ土類元素及びその混合物を表し、かつ、Ｘ（１）＝１である時に、ＥとＡは異なり、前記Ｒ、Ｅ、Ａ元素は前記３層の六方晶系構造の上層と下層に位置し、Ｄ＝Ｃｕ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＺｎとＧ＝Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎは、導電層を形成する中間層に位置する元素であり、前記３層の六方晶系構造の上層と下層に位置しても良く、ｍ＝２又は５であり、０≦ｘ（１）≦１、０．０１＜ｘ（２）＜０．９、０≦ｘ（３）≦１であるようなｘ（１）、ｘ（２）、ｘ（３）はドーピングパラメータであり、Ｍ＝Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ及びその混合物であり、０≦ｙ≦０．０２、０≦ｚ≦０．０１である金属間化合物
【化１】
2014510191.tif 000014
（１）
を合成するステップと、
（ｂ）前記金属間化合物がチャネル開口の縮退状態となるように、前記パラメータｘ（１）、ｘ（２）、ｘ（３）の幾つかの値ｘｃ（１）、ｘｃ（２）、ｘｃ（３）で、前記金属間化合物をドーピングするステップと、を備える、高Ｔｃ超伝導体を形成する方法。
【請求項２】
前記２つのステップは階段的ではなく同時に行われることができる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属間化合物は、ＡｌＢ２型結晶構造を有する
【化２】
2014510191.tif 000015
（２）
で表す形式を有し、ただし、Ｅ＝Ｓｒ、Ｂａ及びその混合物であり、Ａ＝Ｃａ、Ｓｒ及びその混合物であり、ＥとＡは異なり、Ｄ＝Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ及びその混合物であり、Ｇ＝Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ及びその混合物であり、かつ、ｍ＝２である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属間化合物は、ＡｌＢ２型結晶構造を有する
【化３】
2014510191.tif 000016
（３）
で表す形式を有し、ただし、Ｒ＝Ｌａ、Ｇｄ、Ｙ又は希土類元素或いは希土類元素の混合物であり、Ａ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びその混合物であり、Ｄ＝Ｃｕであり、Ｇ＝Ｓｉ、Ｇｅ及びその混合物であり、ｍ＝２である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属間化合物は、ＣａＣｕ５型結晶構造を有する
【化４】
2014510191.tif 000017
（４）
で表す形式を有し、ただし、Ｒ＝Ｌａ、Ｇｄ、Ｙ又は希土類元素或いは希土類元素の混合物であり、Ｅ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びその混合物であり、Ａ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びその混合物であり、Ｄ＝Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ及びその混合物であり、Ｇ＝Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ及びその混合物であり、かつ、ｍ＝５である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体を製造する方法は、
（ａ）組成０≦ｘｃ（１）≦１、０．０１＜ｘｃ（２）＜０．９により、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｒ、Ｅ及びＡの粉末を準備し、混合するステップと、
（ｂ）組成０≦ｘｃ（３）≦１により、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分ＤとＧの粉末を準備し、混合するステップと、
（ｃ）組成０≦ｙ≦０．０２により、ＤとＧからなる前記成分、及び前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｍの粉末を準備し、混合するステップと、
（ｄ）組成１：１＋ｚ（ただし、０≦ｚ≦０．０１）により、Ｒ、Ｅ及びＡからなる成分の前記粉末及びＤ、Ｇ及びＭからなる成分の前記粉末を準備するステップと、
（ｅ）前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分の前記粉末を混合するステップと、
（ｆ）前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分の粉末の前記混合物を、誘導炉において、アルゴンガス雰囲気にて、３００℃と１６００℃の間の温度で溶融させるステップと、
（ｇ）好ましい均質性を実現するために、前記溶融体を３００℃と１６００℃の間の温度で約２０分間〜１時間維持させるステップと、
（ｈ）前記ＣａＣｕ５型相又はＡｌＢ２型相で固化させるために、大気圧と１６ＧＰａの間の圧力で前記溶融体を冷却させるステップと、
（ｉ）Ｄ又はＧの３ｄレベル（又は２ｓ，２ｐレベル、又は３ｓ，３ｐレベル）の電子がチャネル開口の縮退状態にある状態を実現するために、得られたＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型のインゴットを、３００℃と１２００℃の間の温度で、アルゴンガス雰囲気にて、０．５〜２４時間、大気圧と１６ＧＰａの間の圧力でアニーリングするステップと、
（ｊ）バルク形状を呈する前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体を得るために、前記インゴットを室温まで冷却させるステップと、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ワイヤー形状を呈する前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体を製造する方法は、
（ａ）組成０≦ｘｃ（１）≦１、０．０１＜ｘｃ（２）＜０．９により、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｒ、Ｅ及びＡの粉末を準備し、混合するステップと、
（ｂ）組成０≦ｘｃ（３）≦１により、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分ＤとＧの粉末を準備し、混合するステップと、
（ｃ）組成０≦ｙ≦０．０２により、ＤとＧからなる成分及び前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｍの粉末を準備し、混合するステップと、
（ｄ）組成１：１＋ｚ（ただし、０≦ｚ≦０．０１）により、Ｒ、Ｅ及びＡからなる成分の前記粉末及びＤ、Ｇ及びＭからなる成分の前記粉末を準備するステップと、
（ｅ）前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分の前記粉末を混合するステップと、
（ｆ）前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分の粉末の前記混合物を、誘導炉において、アルゴンガス雰囲気にて、３００℃と１６００℃の間の温度で溶融させるステップと、
（ｇ）好ましい均質性を実現するために、前記溶融体を３００℃と１６００℃の間の温度で約２０分間から１時間維持させるステップと、
（ｈ）前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型相を有するインゴットを形成するために、大気圧と１６ＧＰａの間の圧力で、アルゴンガス雰囲気又は真空にて前記溶融体を鋳造するステップと、
（ｉ）所定の直径又は帯状のような所定の形状を有するワイヤー形状となるように、前記インゴットを熱間圧延する、又は引っ張るステップと、
（ｊ）前記インゴットが帯状のワイヤー形状を呈する場合に、前記インゴットを形成するための鋳造と引張の間、前記インゴットの超伝導層を前記インゴットの表面と平行するように維持させるステップと、
（ｋ）Ｄ又はＧの３ｄレベル（又は２ｓ，２ｐレベル、又は３ｓ，３ｐレベル）の電子がチャネル開口の縮退状態にある状態を実現するために、大気圧と１６ＧＰａの間の圧力で、ワイヤー形状を呈する前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型のインゴットを、３００℃と１２００℃の間の温度で、アルゴンガス雰囲気にて、０．５〜２４時間アニーリングするステップと、
（ｌ）ワイヤー形状を呈するＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体を得るために、ワイヤー形状を呈する前記インゴットを室温まで冷却させるステップと、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
薄膜形状を呈する前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体を製造する方法は、
（ａ）組成０≦ｘｃ（１）≦１により、ターゲットとして、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｒの粉末の焼結バルク形状を準備するとともに、
組成０≦ｘｃ（１）≦１及び０．０１＜ｘｃ（２）＜０．９により、ターゲットとして、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｅの粉末の焼結バルク形状を準備し、
組成０≦ｘｃ（１）≦１及び０．０１＜ｘｃ（２）＜０．９により、ターゲットとして、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ａの粉末の焼結バルク形状を準備し、
組成０≦ｘｃ（３）≦１により、ターゲットとして、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｄの粉末の焼結バルク形状を準備し、かつ、
組成０≦ｘｃ（３）≦１により、ターゲットとして、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｇの粉末の焼結バルク形状を準備するステップと、
（ｂ）組成０≦y≦０．０２と０≦ｚ≦０．０１により、ターゲットとして、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体のＤとＧからなる前記成分の粉末の焼結バルク形状を準備し、かつ、組成０≦ｙ≦０．０２と０≦ｚ≦０．０１により、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｍの粉末の焼結バルク形状を準備するステップと、
（ｃ）シリコン、石英結晶、ステンレス鋼、ＹＳＺ、ＳｒＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、及びＳｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）ＡｌＳｉ、Ｇｄ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）ＣｕＳｉ、Ｌａ（１−ｘ）Ｂａ（ｘ）ＣｕＧｅ、Ｍｍ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）ＣｕＳｉのようなＡｌＢ２型金属間化合物、及びＣａＣｕ５型金属間化合物Ｒ（１−ｘ）Ａ（ｘ）（Ｇ（５−５ｙ）Ｍ（５ｙ））（１＋ｚ）からなる群から選ばれる材料により製作された基材を準備するステップと、
（ｄ）前記基材上に薄膜を形成するために前記ターゲットをスパッタリング又はレーザーアブレーションする、或いは他の方法を適用するステップと、
（ｅ）大気圧と１６ＧＰａの間の圧力で前記薄膜を冷却させ、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型相で固化させるステップと、
（ｆ）Ｄ又はＧ的３ｄレベル（又は２ｓ，２ｐレベル又は３ｓ，３ｐレベル）の電子がチャネル開口の縮退状態にある状態を実現するために、大気圧と１６ＧＰａの間の圧力で、前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型薄膜を、３００℃と１２００℃の間の温度で、アルゴンガス雰囲気にて、０．５〜２４時間アニーリングするステップと、
（ｇ）前記基材に堆積された薄膜形状を呈する前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体を得るために、前記薄膜を室温まで冷却するステップと、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ターゲットとしての前記成分Ｒ、Ｅ、Ａ、Ｄ、Ｇ及びＭの粉末の前記焼結バルク形状は、単一ターゲットとしての前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体のバルク形状で置換されることができる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ターゲットとしての前記成分Ｒ、Ｅ、Ａ、Ｄ、Ｇ及びＭの粉末の前記焼結バルク形状は、単一ターゲットとしての前記組成による前記ＣａＣｕ５型又はＡｌＢ２型超伝導体の成分Ｒ、Ｅ、Ａ、Ｄ、Ｇ及びＭの粉末の混合物の焼結バルク形状で置換されることができる、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高臨界温度Ｔｃ超伝導分野及びその応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導体（以下、高Ｔｃ超伝導体と称す）は、ベトノーツとミュラーによって、最初に発見され、かつ、Possible High−Tc Superconductivity in
the BaLaCuO System， Zeitschrift fr Phsik，B64，189（1986）に開示されている。それ以来、数種類の銅酸化物型に属する類別の超伝導体が発見された。臨界温度Ｔｃが１０５ＫであるＢｉ基銅酸化物がH．Maedaら，J．App．Phys．27，L209（1988）と、米国特許7132288，Maedaら1／1989に開示されている。Ｔｃが１２５ＫであるＴｌ基銅酸化物が、Z．Z．ShengとA．M．Hermann，Nature，332，55（1988）、及び米国特許5082825，Hermann8／1988に開示されている。Ｔｃが１３５ＫであるＨｇ基銅酸化物がA．Schillingら，Nature，363，56（1993）、L．Gaoら，Phys．Rev．B，50，4260（1994）、及び米国特許5578551，Chuら11／1996に開示されている。今まで、Ｈｇ基銅酸化物が高圧における最高臨界温度Ｔｃは約１６４Ｋである。現在、超伝導分野の主な目標は、Ｔｃ超伝導性のメカニズムを理解することと、臨界温度Ｔｃ＞３００Ｋの高Ｔｃ超伝導体を発見することにある。
【０００３】
最近、発明者は高Ｔｃ超伝導性の量子ゲージモデルを提出した（Sze Kui Ng，Gauge model of high−Tc superconductivity，the 26th Conference on Low
Temperature Physics，Beijing，August2011、及びSze Kui Ng，arXiv：math／0004151v3を参照する）。このモデルは、超伝導性を有するクーパー対の形成について、電子−電子相互作用と電子−光子相互作用とを統一した。このゲージモデルにおいて、１つのシーガル頂点項（seagull vertex term）
【数１】
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が存在し、ただし、複素変数Ｚは電子（ＺｃはＺの共役複素数である）を表し、実変数Ａは光子ゲージ場を表し、かつ、
【数２】
2014510191.tif 000004
はパラメータであり、そのうち、ｈはプランク定数と比例するエネルギーパラメータであり、パラメータｋ＝ｋＢＴであり、ｋＢはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、かつｅ０は（裸）電荷である。このゲージモデルにおいて、電子の間で階数ｅ０２の一般反発性クーロンポテンシャルを提供する階数ｅ０が存在するが、階数ｅ０２の当該シーガル頂点項は、電子の間で階数ｅ０４の小さい引力ポテンシャルを提供する。結晶材料にとって、電子の間の反発性クーロンポテンシャルは、電子と相互作用する光子（又は陽子）からの引力ポテンシャルによって相殺されたので、この小さい引力ポテンシャルを他の電子−電子相互作用として用い、クーパー対を形成できる。繰り込み群方法により、このゲージモデルは、反強磁性、擬ギャップ現象、常磁性マイスナー効果、I型とII型超伝導性及び高Ｔｃ超伝導性を含む超伝導性と磁性に対する統一的記述を提供した。このゲージモデルにおいて、超伝導性のドーピングメカニズムが発見された。臨界温度Ｔｃは元素のイオン化エネルギーと関連しており、かつ、Ｔｃを有する式により計算できることが既に示された。高Ｔｃ超伝導体（例えば、Ｌａ（２−ｘ）Ｓｒ（ｘ）Ｃｕ０４、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７及びＭｇＢ２）について、Ｔｃの計算結果は実験結果と一致している。
【０００４】
高Ｔｃ超伝導性の当該ゲージモデルにおいて、発明者は、高Ｔｃ超伝導性（及び従来のII型超伝導性）相が位相線ｈ２＝３ｋ２のところに現れることを明らかにした。一定のｋについて、銅酸化物（例えば、Ｌａ（２−ｘ）Ｓｒ（ｘ）ＣｕＯ４）のドーピングパラメータｘの増加が、ｈを増加させることは明らかになった。したがって、相図の位相平面（ｋ，ｈ）は超伝導体（例えば、Ｌａ（２−ｘ）Ｓｒ（ｘ）ＣｕＯ４）の相図の位相平面（Ｔ，ｘ）に対応している。このｘの増加によるｈの増加が高Ｔｃ超伝導性のドーピングメカニズムを提供することは明らかになった。
【０００５】
高Ｔｃ超伝導性の当該ゲージモデルにおいて、繰り込み群方法を使用することで、繰り込み群方程式の非自明固定点（ｒ，ｕ）が得られる。この固定点は、統計物理学において、超伝導性のギンツブルグ・ランダウモデルのイプシロン展開におけるイプシロンパラメータに類似したパラメータイプシロンに関するものである。ＧＬモデルのイプシロンパラメータに類似しているので、このパラメータイプシロンはｄで表す空間の次元と関連しており、ｄ＝３−イプシロンは空間の（分数）次元とする。
【０００６】
この固定点から、２つの場合が得られる。ケース１）は３次元（３Ｄ）のI型とII型従来超伝導性を提供する０＜イプシロン＜＜１の場合であるが、ケース２）は準２Ｄの高Ｔｃ超伝導性を提供するイプシロン＝１の場合である。この固定点の式は因子
【数３】
2014510191.tif 000005
を有する。この因子の展開及び固定点の性質から、高Ｔｃ超伝導性の相図の位相平面（Ｔ，ｘ）が導き出された。
【発明の概要】
【０００７】
臨界温度Ｔｃ＞３００Ｋの超伝導体を形成する方法が開示される。この種の方法は、超伝導性のドーピングメカニズムが発見された上記高Ｔｃ超伝導性ゲージモデルに由来するものである。この方法により形成された超伝導体は、中間層が導電層とされる３つの層からなる六方晶系構造を有する金属間化合物である。
【０００８】
この方法により形成された六方晶系構造を有する超伝導体は、ＡｌＢ２型金属間化合物（例えば、Ａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２（０＜ｘ＜１）、ただし、Ａ＝Ｓｒ、Ｂａである）をドーピングすることで得られたＡｌＢ２型金属間超伝導体である。
【０００９】
この方法により形成された六方晶系構造を有する超伝導体は、ＣａＣｕ５型金属間化合物（例えば、Ｌａ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５、Ｙ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５、Ｍｍ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５、（Ａ＝Ｃａ、Ｓｒであり、Ｍｍはミッシュメタルを表す）、ＬＣｕ（５（１−ｘ））Ｎｉ（５ｘ）（Ｌ＝Ｌａ、Ｙ、Ｍｍであり、０≦ｘ≦１である）、Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５（０＜ｘ＜１）、及びＬａ（１−ｘ）Ｓｒ（ｘ（１−ｙ））Ｃａ（ｘｙ）Ｃｕ５（０＜ｘであり、ｙ＜１である））をドーピングすることで得られたＣａＣｕ５型金属間超伝導体である。具体的には、ＣａＣｕ５型金属間化合物ＬａＮｉ５とＭｍＮｉ５は臨界温度Ｔｃ＞３００Ｋの超伝導体である。これらのＣａＣｕ５型超伝導体は高臨界電流密度を有するので、電力伝送に好適であることが既に明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、高Ｔｃ超伝導体（例えば、Ｌａ（２−ｘ）Ｓｒ（ｘ）ＣｕＯ４）の（Ｔ，ｘ）相図を示す。この相図は、上記高Ｔｃ超伝導性ゲージモデル、及び、R．J．Cavaら，Phys．Rev．Lett．，58，408（1987）とW．Y．Liangら，J．Phys．：Condens．Matter，10，11365（1998）における周知のＬａ（２−ｘ）Ｓｒ（ｘ）ＣｕＯ４の実験性（Ｔ，ｘ）相図に由来するものである。
【００１１】
この相図において、パラメータｋは、関係ｋ＝ＫＢＴにより、Ｔに対応している。線ａは位相平面（Ｔ，ｘ）における位相平面（ｋ，ｈ）の位相線ｋ２＝３ｈ２を示す。線ｂは位相平面（Ｔ，ｘ）における位相平面（ｋ，ｈ）の交差線ｋ２＝ｈ２を示す。線ｃは位相平面（Ｔ，ｘ）における超伝導性の位相平面（ｋ，ｈ）の位相線ｈ２＝３ｋ２を示す。線ｄは位相平面（Ｔ，ｘ）における位相平面（ｋ，ｈ）の交差線
【数４】
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を示す。この相図において、一部の破線で示す元の位相線ｈ２＝３ｋ２は、位相平面（Ｔ，ｘ）における線ｃで表す位相線ｈ２＝３ｋ２に分岐している。
【００１２】
この２本の線ａとｃは、それぞれ反強磁性と超伝導性の２本の基本的位相線である。この相図において、他の２本の位相線ｂとｄがある。ａとｂの間の領域はスピン密度波領域及び絶縁体領域である。ｂとｃの間の領域は電荷密度波領域及び半導電性領域である。ａとｃの間の領域は通常、擬ギャップ領域と称される。ｃとｄの間の領域は、常磁性マイスナー効果領域であり、通常、非フェルミ液体領域と称される（この領域を擬ギャップの展開領域と称することもできる）。ｄの右側は正常金属状態領域である。位相線ｃの分岐は高Ｔｃ超伝導性領域を提供する。ａの左側は反強磁性領域（反強磁性領域も位相線ａの分岐によって得られ、そのうち、当該反強磁性領域の分岐によって得られた一部は図１において、この相図外に位置する）である。
【００１３】
次に、特殊位相線ｅについて考える。この位相線ｅは２次元現象の相（即ち、イプシロン＝１のケース２））から３次元現象の相（即ち、０＜イプシロン＜＜１のケース１））までの交差線である。この線の上は２次元（２Ｄ）現象の相であり、この線の下は３次元（３Ｄ）現象の相である。２Ｄ相において、超伝導性の分岐領域における領域は高Ｔｃ超伝導性領域であり、３Ｄ相において、超伝導性の分岐領域における領域は従来II型超伝導性領域である。３Ｄ相において、線ｃと線ｄとの間の領域はI型超伝導性領域である（２Ｄ相において、線ｃと線ｄとの間の当該領域は擬ギャップの展開領域である）。
【００１４】
したがって、図１における当該相図は、I型超伝導性、従来II型超伝導性及び高Ｔｃ超伝導性を含む磁性と超伝導性に関する完全な相図である。この相図において、３Ｄ相の存在は２Ｄ相の高Ｔｃ超伝導性にとって重要であり、それは３ＤII型超伝導性の存在は２Ｄ高Ｔｃ超伝導性の安定な存在を可能にするからである。この３ＤII型超伝導性の存在は、２Ｄ高Ｔｃ超伝導性の安定な存在の蓄積とされている。
【００１５】
図２はＡｌＢ２型であるＭｇＢ２の六角形単位格子を示す。Ｂ原子は黒いボールで描かれ、Ｍｇ原子は白いボールで描かれる。ＭｇがＣａ（ｘ）Ｓｒ（１−ｘ）で置換され、かつ、ＢがＧａで置換されると、ＡｌＢ２型であるＣａ（ｘ）Ｓｒ（１−ｘ）Ｇａ２の単位格子も示す。
【００１６】
図３はＣａＣｕ５型であるＬａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５の単位格子の２つの層を示す。この単位格子は、３つの層を含む六方晶系構造を有する。図３ａは六方晶系構造の中間層であり、図３ｂは六方晶系構造の下層又は上層である。Ｃｕ原子は黒いボールで描かれ、Ｌａ（Ｃａ）原子は白いボールで描かれる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この高Ｔｃ超伝導性ゲージモデルにおいて、超伝導性のドーピングメカニズムが発見された。また、超伝導体の臨界温度Ｔｃを計算する方法も発見された。具体的には、超伝導性のドーピングメカニズム及び金属間化合物ＭｇＢ２のＴｃの計算（米国特許6956011，Akimitsuら，10／2005）が提供された。この金属間化合物ＭｇＢ２は六角形ＡｌＢ２型結晶構造を有する。本発明において、超伝導性のドーピングメカニズム及びＭｇＢ２のＴｃの計算は他の金属間化合物に拡大適用される。この目的のために、まず、金属間化合物Ｍｇ（１−ｘ）Ｂｅ（ｘ）Ｂ２（０≦ｘ≦１）について考える。この金属間化合物はＡｌＢ２型である。この金属間化合物の超伝導性のドーピングメカニズム関して、以下の関数について考える。
ｆ（ｘ）＝７３７．７（１−ｘ）＋８９９．５ｘ                            （１）
ただし、７３７．７ｋＪ／ｍｏｌと８９９．５ｋＪ／ｍｏｌはそれぞれ、ほぼＭｇとＢｅの第１イオン化エネルギーである。この関数はｘの増加がｈを増加させる関係を提供する。７３７．７＜８００．６＜８９９．５が得られ、８００．６ｋＪ／ｍｏｌはＢの第１イオン化エネルギーである。一部のｘ０（０≦ｘ０≦１）に対して、以下の関係（要点は８００．６−７３７．７が小さいことである）を設定する。
ｆ（ｘ０）＝７３７．７（１−ｘ０）＋８９９．５ｘ０＝８００．６        （２）
（２）が成立（又はほぼ成立する）する時に、ＢとＭｇの第１イオン化エネルギーの２つの状態を接続するチャネルは開口する（関係（２）は電子状態の縮退を提供することが分かった。得られた縮退状態は、チャネル開口と記述されたヤーン・テラー電子−光子相互作用効果を提供する。（２）及び得られた縮退のヤーン・テラー効果をチャネル開口の縮退状態と称す）。このチャネル開口は、方向がＢ平面と直交するＢの電子の自由度を提供する。この電流の自由度によって、単位格子におけるＢ原子クラスタの電子は他の単位格子におけるＢ原子クラスタの電子とカップリングしてクーパー対を形成できる。このように、Ｂのｓ価（及び無価）電子クーパー対と、Ｍｇのｓ価電子クーパー対を形成できる（言い換えると、このチャネル開口によって、Ｂのｓ価（又は無価）電子とＭｇのｓ価電子は、価（又は無価）電子帯から、伝導帯に遷移でき、これにより、シーガル頂点項からの吸引性電子−電子相互作用により、これらの電子のクーパー対を形成できる）。したがって、このチャネル開口は従来超伝導性の３Ｄ領域（パイ帯）を提供する。この３Ｄ従来超伝導性から、Ｂ平面により提供された高Ｔｃ超伝導性の準２Ｄ分岐領域（シグマ帯）の存在が得られる。ｘ０はほぼ０であることが分かった。これは、Ｍｇ（１−ｘ）Ｂｅ（ｘ）Ｂ２の超伝導性状態がドーピング範囲０≦ｘ＜１内にあり、かつ、ＭｇＢ２が超伝導性状態にある実験（J．Nagamatsuら，Nature，410，63（2001）、I．Felner，arXiv：cond−mat／0102508）と一致している。（２）がほぼ成立する時に、Ｂのｓ価電子はＢの第１イオン化エネルギー状態にある。Ｂのｓ無価電子はＢの第２イオン化エネルギー状態にある。Ｍｇ的ｓ価電子もＭｇの第１イオン化エネルギー状態にある。第１イオン化エネルギー状態にあるＢとＭｇのｓ価電子は３Ｄ超伝導性の開口したチャネルにあり、Ｂの第２イオン化エネルギー状態にあるＢのｓ無価電子はＢ平面の準２Ｄ高Ｔｃ超伝導性に用いられる。したがって、Ｂのｓ価及び無価電子のエネルギーパラメータｈ（Ｂ１）及びｈ（Ｂ２）の最大値はそれぞれ、Ｂの第１及び第２イオン化エネルギーと比例し、かつ、Ｍｇのｓ価電子のエネルギーパラメータｈ（Ｍｇ）の最大値はＭｇの第１イオン化エネルギーと比例している。次に、超伝導性ｈ２＝３ｋ２の状態から、下記の式で表すＭｇＢ２のＴｃが得られる。
【数５】
2014510191.tif 000007
（３）
ただし、Ｄｅｌｔａ（ＭｇＢ２）＝ｈ＝６ｈ（Ｂ１）＋６ｈ（Ｂ２）＋ｈ（Ｍｇ）はＭｇＢ２の超伝導性のエネルギーギャップであり、６＝１２／２はＭｇＢ２の六角形単位格子からのＢ原子の１２個の価又は無価のｓ電子である。イオン化エネルギーの表から見ると、Ｂの第１および第２イオン化エネルギーはほぼ８００．６ｋＪ／ｍｏｌと２４２７．１ｋＪ／ｍｏｌである。ｈ（Ｂ１）＝ｘｉ  ８００．６ｋＪ／ｍｏｌとし、ｈ（Ｂ２）＝ｘｉ  ２４２７．１ｋＪ／ｍｏｌとし、かつ、ｈ（Ｍｇ）＝ｘｉ  ７３７．７ｋＪ／ｍｏｌとし、そのうち、ｘｉ＝２．８３１３３９７１  １０−５はＮｂのＴｃにより算出した比例定数である。よって、（３）から、
Ｔｃ＝３９．５３Ｋ（ＭｇＢ２のＴｃの計算値）                        （４）
が得られる。これは、ＭｇＢ２のＴｃ＝３９Ｋの実験値と一致している。エネルギーギャップＤｅｌｔａ（ＭｇＢ２）＝ｈ＝６ｈ（Ｂ１）＋６ｈ（Ｂ２）＋ｈ（Ｍｇ）は、Ｄｅｌｔａ（１）＝６ｈ（Ｂ１）とＤｅｌｔａ（２）＝６ｈ（Ｂ２）との２つのエネルギーギャップの総和を含んでいることが分かった。Ｄｅｌｔａ（１）は従来３Ｄ超伝導性に対応し、Ｄｅｌｔａ（２）は準２Ｄ高Ｔｃ超伝導性に対応していることが既に知られている。したがって、２ギャップ超伝導性が得られる。これは、ＭｇＢ２の２ギャップ超伝導性現象（A．Y．Liuら，Phys．Rev．Lett．，87，0870051（2001）、及び、X．K．Chanら，Phys．Rev．Lett．，87，1570021（2001））と一致している。以下の実施例において、このＭｇＢ２に適用される超伝導性のドーピングメカニズムの原理を他の金属間化合物に適用する。
実施例１．ＡｌＢ２型金属間化合物Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２
【００１８】
形式Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２（０＜ｘ＜１）を有する金属間化合物について考える。L．H．BennettとR．E．Watson，in  Theory  of  Alloy  Phase  Formation，ed．L．H．Bennett，p．425（The  Metallurgical  Society  AIME  1980）に示すように、ＡｌＢ２型相を呈するＣａＧａ２とＳｒＧａ２を形成できることが既に知れられている。したがって、ＡｌＢ２型相を呈する金属間化合物Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２も形成でき、かつ、単位格子は、図２に示すように、白いボールでＳｒ（Ｃａ）（Ｍｇの代わりに）を表し、黒いボールでＧａ（Ｂの代わりに）を表している。
【００１９】
超伝導性のドーピングメカニズムに関して、以下の関数について考える。
ｆ（ｘ）＝６４９１ｘ＋５５００（１−ｘ）                            （５）
ただし、６４９１ｋＪ／ｍｏｌと５５００ｋＪ／ｍｏｌｅはそれぞれ、ほぼＣａとＳｒの第４イオン化エネルギーである。この関数は、ｘの増加がｈを増加させる関係を提供する。次に、一部のｘ０（０＜ｘ０＜１）に対して、チャネル開口の縮退状態の以下の関係を設定する。
ｆ（ｘ０）＝６４９１ｘ０＋５５００（１−ｘ０）＝６２００              （６）
ただし、６２００ｋＪ／ｍｏｌは、ほぼＧａの第４イオン化エネルギーである。要点は６２００が６４９１に近いことである。この関係が成立（又はほぼ成立する）する時に、ＣａとＧａの第４イオン化エネルギーの２つの状態を接続するチャネルが開口できる。このチャネル開口は方向がＧａ平面と直交する電流の自由度を提供する。この電流の自由度から、ＧａとＣａの３ｓ，３ｐレベルの電子のクーパー対を形成できる（言い換えると、このチャネル開口によって、ＧａとＣａの３ｓ，３ｐレベルの電子は、価電子帯から、伝導帯に遷移でき、これにより、シーガル頂点項からの吸引性電子−電子相互作用により、これらの電子のクーパー対を形成できる）。したがって、このチャネル開口は、従来超伝導性の３Ｄ領域を提供する。この３Ｄ従来超伝導性から、Ｇａ平面により提供された高Ｔｃ超伝導性の準２Ｄ分岐領域の存在が得られた。
【００２０】
ｘ０はほぼ０．７０６であることが分かった。よって、０＜ｘ０＜ｘ１≦１とした一部のｘ１に対して、ｘ０≦ｘ≦ｘ１であると、Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２が高Ｔｃ超伝導性の範囲に入る。
【００２１】
（６）が成立（又はほぼ成立）し、チャネル開口が得られる場合に、Ｇａ平面におけるＧａの３ｓ，３ｐレベルの電子が第４イオン化エネルギーの基本状態にあり、かつ、Ｃａの３ｓ，３ｐレベルの電子が第４イオン化エネルギーの基本状態にあり、この２つの状態から、他の状態になりえる。ＧａとＣａの３ｓ，３ｐレベルの電子がさらに結合し、一連の状態を占め、Ｇａ平面におけるＧａの３ｓ，３ｐレベルの電子を比較的高い状態を占めさせ、Ｃａの３ｓ，３ｐレベルの電子を比較的低い状態を占めさせる。
【００２２】
したがって、ＭｇＢ２として、Ｇａの３ｓ，３ｐレベルの電子がＧａの第５イオン化エネルギー状態にあり、かつ、Ｃａの３ｓ，３ｐレベルの電子が第４イオン化エネルギーの基本状態にある。第４イオン化エネルギーの基本状態にあるＣａの３ｓ，３ｐレベルの電子は３Ｄ超伝導性の開口したチャネルにあり、第５イオン化エネルギー状態にあるＧａの３ｓ，３ｐレベルの電子はＧａ平面の準２Ｄ高Ｔｃ超伝導性に用いられる。
【００２３】
よって、（６）が成立（又はほぼ成立）し、チャネル開口が得られる場合に、ＧａとＣａのｓ，ｐ価電子のクーパー対も形成できる。これらのＧａとＣａのｓ価電子は第１イオン化エネルギーの基本状態にある。
【００２４】
したがって、Ｇａの３ｓ，３ｐレベルの電子のエネルギーパラメータｈ（Ｇａ５）の最大値はＧａの第５イオン化エネルギーと比例し、Ｃａの３ｓ，３ｐレベルの電子のエネルギーパラメータｈ（Ｇａ４）の最大値はＳｒの第４イオン化エネルギーと比例し、かつ、Ｇａ及びＣａのｓ価電子のエネルギーパラメータｈ（Ｇａ）及びｈ（Ｃａ）はそれぞれ、Ｇａ及びＣａの第１イオン化エネルギーと比例している。
【００２５】
そして、超伝導性ｈ２＝３ｋ２の状態から、以下の式で表すＳｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２のＴｃが得られる。
【数６】
2014510191.tif 000008
（７）
ただし、Ｄｅｌｔａ（ＣａＳｒＧａ）＝ｈ＝２４ｈ（Ｇａ５）＋４ｈ（Ｃａ４）＋６ｈ（Ｇａ）＋ｈ（Ｃａ）はＳｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２の超伝導性のエネルギーギャップであり、係数４、６、２４＝４×６はＧａ又はＣａの８つの３ｓ，３ｐレベルの電子に関する４＝８／２に由来するものであり、かつ、６はＧａの六角形の６つのＧａ原子に関するものである（便宜上、Ｓｒのｓ価電子の影響及びＳｒの３ｓ，３ｐレベルの電子の影響を無視する）。
【００２６】
次に、ｈ（Ｇａ）＝ｘｉ  ５７８．８ｋＪ／ｍｏｌとし、ｈ（Ｇａ５）＝ｘｉ  ８７００ｋＪ／ｍｏｌとし、ｈ（Ｃａ）＝ｘｉ  ５８７．８ｋＪ／ｍｏｌとし、かつ、ｈ（Ｃａ４）＝ｘｉ  ６４９１ｋＪ／ｍｏｌとする。８７００ｋＪ／ｍｏｌはほぼＧａの第５イオン化エネルギーであり、５７８．８ｋＪ／ｍｏｌと５８７．８ｋＪ／ｍｏｌはそれぞれ、ほぼＧａとＣａの第１イオン化エネルギーである。よって、（７）から、Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２が達する最高臨界温度Ｔｃを計算できる。
Ｔｃ＝４６３．９Ｋ（Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２のＴｃの計算値）    （８）
【００２７】
例えば、アルカリ土類元素Ｓｒ（ＡｌＢ２型相を呈するＢａＧａ２も形成できる）の代わりに、Ｂａ（第４イオン化エネルギー４７００ｋＪ／ｍｏｌを有する）等の他のアルカリ土類元素を用いてもよい。最高臨界温度Ｔｃが４６３．９Ｋに達することも可能である。
実施例２．ＣａＣｕ５型金属間化合物Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５
【００２８】
金属間化合物Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５（０＜ｘ＜１）について考える。D．J．ChakrabariとD．E．Laughlin，Bull．Alloy  Phase  Diagram，2，319（1981）、及び、P．R．SubramanianとD．E．Laughlin，Bull．Alloy  Phase  Diagram，9，316（1988）に示す金属間化合物ＬａＣｕ５とＣａＣｕ５はＣａＣｕ５型であることが既に知られている。したがって、ＣａＣｕ５型を呈するＬａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５の結晶構造を形成でき、ただし、Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）はＣａに対応している。
【００２９】
このＣａＣｕ５型はＡｌＢ２型に類似しており、６つのＢ原子を有する六角形は拡大された１２個のＣｕ原子を有する六角形により替えられ、６つのＣｕ原子を有する六角形は、２つのＣａ平面のうち、対応するＡｌＢ２の２つのＡｌ平面のうちの１つを替えたＣａ平面に挿入された。ＣａＣｕ５の六角形構造の単位格子面の付近に１８個のＣｕ原子（そのうち、１２個のＣｕ原子は、２つのＣａ平面に挿入された６つのＣｕ原子を有する２つの六角形に由来するものであり、他の６つのＣｕ原子は拡大されたＣｕ六角形に由来するものである）が存在している。図３はＣａＣｕ５型であるＬａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５の単位格子の３つの層のうち２つの層の結晶構造を示す。したがって、ＣａＣｕ５の単位格子において、拡大されたＣｕ六角形の１２個のＣｕ原子のうち９つのＣｕ原子、２つのＣｕ六角形のうち６つのＣｕ原子、及び１つの面中心のＣａ原子は原子クラスタとされている。超伝導性のドーピングメカニズムに関して、以下の関数について考える。
ｆ（ｘ）＝１８５０（１−ｘ）＋４９１２ｘ                            （９）
ただし、１８５０ｋＪ／ｍｏｌと４９１２ｋＪ／ｍｏｌｅはそれぞれ、ほぼＬａとＣａの第３イオン化エネルギーである。この関数はｘの増加がｈを増加させる関係を提供する。次に、一部のｘ０（０＜ｘ０＜１）に対して、チャネル開口の縮退状態の以下の関係を設定する。
ｆ（ｘ０）＝１８５０（１−ｘ０）＋４９１２ｘ０＝１９５８            （１０）
ただし、１９５８ｋＪ／ｍｏｌはほぼＣｕの第２イオン化エネルギーである（要点は１８５０が１９５８に近いことである）。この関係が成立（又はほぼ成立）する時に、Ｌａの第３イオン化エネルギー状態とＣｕの第２イオン化エネルギー状態を接続するチャネルは開口できる。このチャネル開口は、方向がＣｕ平面と直交する電流の自由度を提供する。この電流の自由度により、単位格子における原子クラスタの価電子は他のクラスタにおける価電子とカップリングしてクーパー対を形成できる。このように、Ｃｕのｄ価電子クーパー対及びＬａのｓ価電子クーパー対を形成できる（言い換えると、このチャネル開口により、Ｃｕのｄ価電子は、価電子帯から、伝導帯に遷移でき、これにより、シーガル頂点項からの吸引性電子−電子相互作用により、これらのｄ価電子のクーパー対を形成できる）。したがって、このチャネル開口はＣｕ平面とともに３Ｄ従来超伝導性領域を提供する。この３Ｄ超伝導性領域から、Ｃｕ平面により提供された高Ｔｃ超伝導性の準２Ｄ分岐領域の存在が得られた。ｘ０はほぼ０．０３５であることが分かった。よって、ｘ０＜ｘ１＜１とした一部のｘ１に対して、ｘ０＜ｘ＜ｘ１であると、Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５が超伝導性範囲内に入る。（１０）が成立（又はほぼ成立）し、チャネル開口が得られる場合に、Ｃｕ平面におけるＣｕのｄ価電子が第２イオン化エネルギーの基本状態にあり、かつ、Ｌａのｄ価電子は第３イオン化エネルギーの基本状態にあり、この２つの状態から、他の状態になりえる。Ｃｕ平面におけるＣｕのｄ価電子とＬａのｄ価電子がさらに結合し、一連の状態を占め、Ｃｕ平面におけるＣｕのｄ価電子を比較的高い状態を占めさせ、Ｌａのｄ価電子を比較的低い状態を占めさせる。したがって、ＭｇＢ２として、Ｃｕのｄ価電子が第３イオン化エネルギー状態にあり、Ｌａのｄ価電子が第３イオン化エネルギー状態にあり、かつ、Ｌａのｓ価電子が第１イオン化エネルギーの基本状態にある。
【００３０】
したがって、Ｃｕのｄ価電子のエネルギーパラメータｈ（Ｃｕ）の最大値はＣｕの第３イオン化エネルギーと比例し、かつ、Ｌａのｓ価電子のエネルギーパラメータｈ（Ｌａ）はＬａの第１イオン化エネルギーと比例している。次に、超伝導性ｈ２＝３ｋ２の状態から、Ｌａ平面に挿入された６つのＣｕ原子を有する六角形の影響を無視すれば、下式で表すＬａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５のＴｃが得られる。
【数７】
2014510191.tif 000009
（１１）
ただし、Ｄｅｌｔａ（ＬａＣａＣｕ）＝ｈ＝４５ｈ（Ｃｕ）＋ｈ（Ｌａ）はＬａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５の超伝導性のエネルギーギャップであり、そのうち、係数４５＝５×９はＣｕの１０個のｄ価電子に関する５＝１０／２に由来するものであり、９は拡大されたＣｕ六角形における９つのＣｕ原子に関するものである（便宜上、Ｃａのｓ，ｄ価電子の影響を無視する）。ｈ（Ｃｕ）＝ｘｉ  ３５５５ｋＪ／ｍｏｌとし、かつ、ｈ（Ｌａ）＝ｘｉ  ５３８．１ｋＪ／ｍｏｌとし、そのうち、３５５５ｋＪ／ｍｏｌはほぼＣｕの第３イオン化エネルギーであり、かつ、５３８．１ｋＪ／ｍｏｌはほぼＬａの第１イオン化エネルギーである。よって、（１１）から、Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５が達する最高臨界温度Ｔｃを計算できる。
Ｔｃ＝３１５．６Ｋ（Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５のＴｃの計算値）  （１２）
Ｌａ平面に挿入された６つのＣｕ原子を有する六角形の効果を含め、この効果は拡大された１２個のＣｕ原子を有する六角形と同じであると仮定すれば、Ｄｅｌｔａ（ＬａＣａＣｕ）における４５ｈ（Ｃｕ）項は７５ｈ（Ｃｕ）となる。よって、Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５の最高臨界温度Ｔｃは、
Ｔｃ＝５２５．３Ｋ（Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５のＴｃの計算値）  （１３）
に達している。
【００３１】
Ｃａの代わりに、例えば、Ｓｒ（第３イオン化エネルギー４１３８ｋＪ／ｍｏｌを有する）等の他のアルカリ土類元素を用い、金属間化合物Ｌａ（１−ｘ）Ｓｒ（ｘ）Ｃｕ５（ＳｒＣｕ５もＣａＣｕ５型である）を形成できる。ドーピングメカニズムはほぼ、ｘ０＝０．０４７である場合のＬａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５に類似している。最高臨界温度Ｔｃは５２５．３Ｋに達することが可能である。４１３８＜４９１２．４であるので、Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５と比べると、Ｌａ（１−ｘ）Ｓｒ（ｘ）Ｃｕ５の方が合成しやすいことが既に知られている。また、Ｃａの代わりに、ＣａとＳｒの混合物（Ａで表す）を用い、金属間化合物Ｌａ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５を形成してもよい。Ｃｕの代わりに、ＣｕとＺｎの混合物を用い、金属間化合物Ｌａ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５（１−ｙ）Ｚｎ（５ｙ）を形成してもよい。Ｃａの代わりに、希土類元素Ｒ及びその混合物を用い、金属間化合物Ｌａ（１−ｘ）Ｒ（ｘ）Ｃｕ５を形成してもよい。Ｌａの代わりに、希土類元素Ｒ（元素Ｙ及びその混合物を含む）を用い、金属間化合物Ｒ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５を形成し、かつ、この金属間化合物をドーピングすることで超伝導体をチャネル開口の縮退状態としてもよい。
実施例３．ＣａＣｕ５型金属間化合物ＬａＮｉ（５−５ｘ）Ｃｕ（５ｘ）
【００３２】
金属間化合物ＬａＮｉ（５−５ｘ）Ｃｕ（５ｘ）（０≦ｘ≦１）について考える。金属間化合物ＬａＣｕ５とＬａＮｉ５はＣａＣｕ５型であることが既に知られている。したがって、ＣａＣｕ５型を呈するＬａＮｉ（５−５ｘ）Ｃｕ（５ｘ）を形成でき、そのうち、ＣａはＬａに対応し、かつ、ＣｕはＮｉ（１−ｘ）Ｃｕ（ｘ）に対応している。超伝導性のドーピングメカニズムに関して、以下の関数について考える。
ｇ（ｘ）＝１７５３（１−ｘ）＋３５５５ｘ                            （１４）
ただし、３５５５ｋＪ／ｍｏｌｅはほぼＣｕの第３イオン化エネルギーである。この関数もｘの増加がｈを増加させる関係を提供する。次に、一部のｘ０（０＜ｘ０＜１）に対して、チャネル開口の縮退状態の以下の関係を設定する。
ｇ（ｘ０）＝１７５３（１−ｘ０）＋３５５５ｘ０＝１８５０            （１５）
ただし、１８５０ｋＪ／ｍｏｌもほぼＬａの第３イオン化エネルギーである（Ｃｕのイオン化エネルギーは第２又は第３イオン化エネルギーであってよい）。この関係が成立（又はほぼ成立）する時に、Ｌａの第３イオン化エネルギー状態とＮｉ（Ｃｕ）の第２イオン化エネルギー状態を接続するチャネルは開口できることが分かった。次に、ｘ０はほぼ０．０５３８であることが分かった。よって、ｘ０＜ｘ１＜１とした一部のｘ１に対して、ｘ０≦ｘ≦ｘ１であると、ＬａＮｉ（５−５ｘ）Ｃｕ（５ｘ）が超伝導性範囲内に入る。ｘ０はほぼ０であるので、チャネル開口の縮退状態にあるＬａＮｉ５を形成できることが分かった。したがって、超伝導体形式を呈するＬａＮｉ５を形成できる。（１５）が成立（又はほぼ成立）し、チャネル開口が得られる場合に、Ｎｉ（Ｃｕ）平面においてＮｉのｄ価電子が第２イオン化エネルギーの基本状態にあり、かつ、Ｌａのｄ価電子が第３イオン化エネルギーの基本状態にあり、この２つの状態から、他の状態になりえる。Ｎｉ（Ｃｕ）平面におけるＮｉのｄ価電子を比較的高い状態を占めさせ、Ｌａのｄ価電子を比較的低い状態を占めさせるような一連の状態を占めるために、Ｎｉ（Ｃｕ）平面におけるＮｉのｄ価電子とＬａのｄ価電子がさらに結合する。したがって、ＭｇＢ２として、Ｎｉのｄ価電子は第３イオン化エネルギー状態にあり、Ｌａのｄ価電子は第３イオン化エネルギー状態にあり、かつ、Ｎｉのｓ価電子は第１イオン化エネルギー状態にあり、Ｌａのｓ価電子は第１イオン化エネルギー状態にある。したがって、Ｎｉのｄ価電子のエネルギーパラメータｈ（Ｎｉ）の最大値はＮｉの第３イオン化エネルギー３３９５ｋＪ／ｍｏｌと比例し、Ｎｉのｓ価電子のエネルギーパラメータｈ（Ｎｉ１）はＮｉの第１イオン化エネルギー７３７．１ｋＪ／ｍｏｌと比例し、かつ、Ｌａのｓ価電子のエネルギーパラメータｈ（Ｌａ）はＬａの第１イオン化エネルギーと比例している。よって、Ｌａ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５として、以下の式で表すＬａＮｉ（５−５ｘ）Ｃｕ（５ｘ）のＴｃが得られる。
【数８】
2014510191.tif 000010
（１６）
ただし、Ｄｅｌｔａ（ＬａＮｉＣｕ）＝ｈ＝６０ｈ（Ｎｉ）＋１５ｈ（Ｎｉ１）＋ｈ（Ｌａ）はＬａＮｉ（５（１−ｘ））Ｃｕ（５ｘ）のエネルギーギャップであり、６０＝４×１５であり、そのうち、４＝８／２はＮｉの８つのｄ価電子に由来するものであり、かつ、１５は単位格子におけるＮｉ（Ｃｕ）原子クラスタの１５個のＮｉ（Ｃｕ）原子（便宜上、Ｃｕのｄ価電子の影響を無視する）に関するものである。よって、（１６）から、ＬａＮｉ（５（１−ｘ））Ｃｕ（５ｘ）が達する臨界温度Ｔｃを計算できる。
Ｔｃ＝４２３．３２１Ｋ
（ＬａＮｉ（５（１−ｘ））Ｃｕ（５ｘ）のＴｃの計算値）              （１７）
例えば、ＬａＮｉ（５（１−ｘ））Ｃｕ（５ｘ）におけるＮｉ又はＣｕのかわりに、Ｃｏ等の他の遷移元素を用いても良い。
【００３３】
ｘ０はほぼ０であるので、チャネル開口の縮退状態にあるＬａＮｉ５を形成でき、よって、Ｔｃが４２３．３２１Ｋに達する超伝導体形式を呈するＬａＮｉ５を形成できることが分かった。このような金属間化合物ＬａＮｉ５は既に水素ガスの貯蔵に用いられ、それはＬａＮｉ５が活性化しやすく、かつ、大気圧及び室温下で大量の水素ガスを貯蔵できるからである。材料の活性化と水素の貯蔵は当該材料の電子活性によるものであるので、ＬａＮｉ５の当該性質は、ＬａＮｉ５におけるＮｉとＬａのｄ価電子はチャネル開口の縮退状態にあることを示している。
【００３４】
Ｌａのかわりに、希土類元素の混合物（例えば、Ｍｍ）を用いてよく、そのうち、Ｍｍは、ミッシュメタルを示し、ミッシュメタルは大きい分数部を有するＬａの希土類元素の混合物であり、かつＣｅの分数部は２／５を超えている。よって、ＬａＮｉ５として、ＭｍＮｉ５はＴｃ＞３００Ｋの超伝導体であることが分かった。
実施例４．ＣａＣｕ５型金属間化合物Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５
【００３５】
金属間化合物Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５（０＜ｘ＜１）について考える。この金属間化合物は上記金属間化合物Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２に類似し、Ｇａ２はＣｕ５で替えられ、かつ、ｘ＝１である場合の上記ＣａＣｕ５型金属間化合物Ｒ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５（ＡはＣａとＳｒの混合物を表す）の特殊の状況である。ＣａＣｕ５型相を呈するＣａＣｕ５とＳｒＣｕ５を形成できることが既に知られている。したがって、ＣａＣｕ５型相を呈するＳｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５も形成できる。超伝導性のドーピングメカニズムに関して、以下の関数について考える。
ｆ（ｘ）＝５５００（１−ｘ）＋６４９１ｘ                            （１８）
ただし、６４９１ｋＪ／ｍｏｌと５５００ｋＪ／ｍｏｌｅはそれぞれ、ほぼＣａとＳｒの第４イオン化エネルギーである。この関数はｘの増加がｈを増加させる関係を提供する。次に、一部のｘ０（０＜ｘ０＜１）に対して、チャネル開口の縮退状態の以下の関係を設定する。
ｆ（ｘ０）＝５５００（１−ｘ０）＋６４９１ｘ０＝５５３６            （１９）
ただし、５５３６ｋＪ／ｍｏｌはほぼＣｕの第４イオン化エネルギーである。この関係が成立（又はほぼ成立）する時に、ＳｒとＣｕの第４イオン化エネルギーの２つの状態を接続するチャネルは開口できる。このチャネル開口は、方向がＣｕ平面と直交する電流の自由度を提供する。この電流の自由度から、Ｃｕの３ｓ，３ｐレベルの電子及びＳｒの４ｓ，４ｐレベルの電子のクーパー対を形成できる。したがって、このチャネル開口は従来超伝導性の３Ｄ領域を提供する。この３Ｄ従来超伝導性から、Ｃｕ平面により提供された高Ｔｃ超伝導性の準２Ｄ分岐領域の存在が得られる。ｘ０はほぼ０．０３６３であることが分かった。したがって、ｘ０＜ｘ１＜１とした一部のｘ１に対して、ｘ０＜ｘ＜ｘ１であると、Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５が超伝導性範囲に入る。（１９）が成立（又はほぼ成立）し、チャネル開口が得られる場合に、Ｃｕ平面において、Ｃｕの３ｓ，３ｐレベルの電子は第４イオン化エネルギーの基本状態にあり、かつ、Ｓｒの４ｓ，４ｐレベルの電子は第４イオン化エネルギーの基本状態にあり、この２つの状態から、他の状態になりえる。Ｃｕの３ｓ，３ｐレベルの電子とＳｒの４ｓ，４ｐレベルの電子がさらに結合し、一連の状態を占め、Ｃｕ平面におけるＣｕの３ｓ，３ｐレベルの電子を比較的高い状態を占めさせ、Ｓｒの４ｓ，４ｐレベルの電子を比較的低い状態を占めさせる。したがって、Ｃｕの３ｓ，３ｐレベルの電子がＣｕの第５イオン化エネルギー状態にあり、かつ、Ｓｒの４ｓ，４ｐレベルの電子が第４イオン化エネルギーの基本状態にある。第４イオン化エネルギーの基本状態にあるＳｒの４ｓ，４ｐレベルの電子が３Ｄ超伝導性の開口したチャネルにあり、第５イオン化エネルギー状態にあるＣｕの３ｓ，３ｐレベルの電子がＣｕ平面の準２Ｄ高Ｔｃ超伝導性に用いられる。よって、（１９）が成立し、チャネル開口が得られる場合に、Ｓｒのｓ，ｐ価クーパー対も形成できる。これらのＳｒのｓ価電子が第１イオン化エネルギーの基本状態にある（かつ、それぞれ価電子の第３および第２イオン化エネルギー状態にあることが可能である）。
【００３６】
したがって、それぞれに言うと、Ｃｕの３ｓ，３ｐレベルの電子のエネルギーパラメータｈ（Ｃｕ５）はＣｕの第５イオン化エネルギーと比例し、Ｓｒの４ｓ，４ｐレベルの電子のエネルギーパラメータｈ（Ｓｒ４）はＳｒの第４イオン化エネルギーと比例し、かつ、Ｓｒのｓ価電子のエネルギーパラメータｈ（Ｓｒ）はＳｒの第１イオン化エネルギーと比例している（Ｓｒのｓ価電子が第１イオン化エネルギーの基本状態にあるときに）。よって、Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｇａ２として、下式で表すＳｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５のＴｃが得られる。
【数９】
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（２０）
ただし、Ｄｅｌｔａ（ＣａＳｒＣｕ）＝ｈ＝６０ｈ（Ｃｕ５）＋４ｈ（Ｓｒ４）＋ｈ（Ｓｒ）はＳｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５の超伝導性のエネルギーギャップであり、係数４、６０＝４×１５はＣｕの８つの３ｓ，３ｐレベルの電子又はＳｒの８つの４ｓ，４ｐレベルの電子に関する４＝８／２に由来するものであり、かつ、１５はＣａＣｕ５型構造の１５個のＣｕ原子に関するものである。ｈ（Ｃｕ５）＝ｘｉ  ７７００ｋＪ／ｍｏｌとし、ｈ（Ｓｒ）＝ｘｉ  ５４９．５ｋＪ／ｍｏｌとし、かつ、ｈ（Ｓｒ４）＝ｘｉ  ５５００ｋＪ／ｍｏｌとし、そのうち、７７００ｋＪ／ｍｏｌはほぼＣｕの第５イオン化エネルギーであり、５４９．５ｋＪ／ｍｏｌはほぼＳｒの第１イオン化エネルギーである。よって、（２０）から、Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５が達する最高臨界温度Ｔｃを計算できる。
Ｔｃ＝９５２．７Ｋ（Ｓｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）Ｃｕ５のＴｃの計算値）  （２１）
【００３７】
上記金属間化合物Ｒ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５として、Ｃｕの代わりに、ＴＭ＝Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ及びその混合物を用いてＳｒ（１−ｘ）Ｃａ（ｘ）ＴＭ５を形成できる。
【００３８】
次に、金属間化合物Ｒ（１−ｘ）Ａ（ｘ）Ｃｕ５（ただし、Ｒは希土類元素を表し、元素Ｙ及びその混合物を含む）は、Ｃｕ  ｄ電子である場合（ＡとＲからの影響）と、Ｃｕ  ｓ，ｐ電子である場合（Ａのみからの影響又はＡとＲからの効果）との２つの場合の高Ｔｃ超伝導性を有することが分かった。２つの場合の超伝導性はあるドーピングにより現れると、この２つの場合の超伝導性の影響を組合せることができる。この超伝導性影響の組合せから、ｄ電子とｓ，ｐ電子との組合せからなる大きい臨界電流、及び高い臨界温度Ｔｃが得られる。１つの実例として、金属間化合物Ｌａ（１−ｘ）Ｓｒ（ｘ（１−ｙ））Ｃａ（ｘｙ）Ｃｕ５（０＜ｘ，ｙ＜１）について考える。ドーピングパラメータｘ、ｙを下記のようにする。
【数１０】
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（２２）
このチャネル開口の縮退状態の関係が成立（又はほぼ成立）する時に、Ｃｕの３ｓ，３ｐ電子とＳｒの４ｓ，４ｐ電子の第４イオン化エネルギーの２つの状態を接続するｓ，ｐチャネルは開口でき、かつ、Ｃｕの３ｄ電子とＬａの５ｄ電子のイオン化エネルギーの２つの状態を接続するｄチャネルも開口できる。この２つのチャネル開口は、方向がＣｕ平面と直交する電流の自由度を提供する。この電流の自由度から、Ｃｕの３ｓ，３ｐ，３ｄ電子とＳｒの４ｓ，４ｐ電子のクーパー対を形成できる。次に、この２つのチャネル開口は、ｓ，ｐ電子超伝導性と、ｄ電子超伝導性との２種類の高Ｔｃ超伝導性を提供できる。このｓ，ｐ電子超伝導性とｄ電子超伝導性との組合せは、大きい臨界電流及び高い臨界温度を提供できる。
ＣａＣｕ５型金属間化合物の一般式
【００３９】
上記ＣａＣｕ５型金属間化合物の実施例の六角形単位格子は大きいクラスタの超伝導電子を有することが分かったので、これらのＣａＣｕ５型金属間化合物は高い超伝導電流の臨界電流密度を有する。また、上記ＣａＣｕ５型（又はＡｌＢ２型）金属間化合物のドーピングは、超伝導性にチャネル開口の縮退状態を提供することも分かった。したがって、上記ＣａＣｕ５型（又はＡｌＢ２型）金属間化合物のドーピングは、超伝導電流のピンニングセンタをこれらのＣａＣｕ５型（又はＡｌＢ２型）金属間化合物に導入する影響を有する。
【００４０】
より多くのドーピングを適用し、より多くのＣａＣｕ５型金属間化合物を形成することができる。超伝導性について、これらのドーピングはチャネル開口の縮退状態を提供する必要がある。より多くのドーピングにより、上記ＣａＣｕ５型金属間化合物の実施例が含まれる以下の形式の金属間化合物が得られる。
Ｒ（１−ｘ）Ａ（ｘ）［ＴＭ（５（１−ｙ））Ｍ（５ｙ）］（１＋ｚ）    （２３）
ただし、一部の小さいパラメータｙ０、ｚ０（ＣａＣｕ５型相を保持するには、ドーピングパラメータｙ０、ｚ０が小さい）に対して、０≦ｙ≦ｙ０であり、０≦ｚ≦ｚ０である。ＴＭ＝Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎであり、かつＭは元素Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎの混合物である。これらの元素はＲ又はＴＭにかなり近い第２又は第３イオン化エネルギー状態にある。したがって、一部の選ばれたＭ、ｙ及びｚに対して、この金属間化合物はチャネル開口の縮退状態を提供できる。
【００４１】
ＣａＣｕ５型金属間化合物（２３）の性質により、以下のＣａＣｕ５型超伝導体を製造する方法が得られる。まず、組成により、ＣａＣｕ５型金属間化合物（２３）の成分の粉末を混合する。そして、誘導炉において、アルゴンガス雰囲気にて、８００℃と１６００℃の間の温度で粉末の混合物を溶融させる。材料が溶融した後、好ましい均質性を実現するために、溶融体を同じ温度で２０分間〜１時間維持させる。次に、溶融体を金型に注ぎ込み、大気圧と６ＧＰａの間の圧力で冷却させ、固化させて前記ＣａＣｕ５相を形成する。冷却後、大気圧と６ＧＰａの間の圧力で、得られたＣａＣｕ５型インゴットを、炉において６００℃と１２００℃の間の温度で、アルゴンガス雰囲気にて、０．５〜２４時間アニーリングして、ＴＭ＝Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎ及びその混合物の３ｄレベル（又は３ｓ，３ｐレベル）の電子がチャネル開口の縮退状態にある状態を実現する。これにより、超伝導性を有するバルク形状の金属間化合物（２３）が得られる。
六方晶系構造を有する金属間化合物の一般式
【００４２】
上記ＣａＣｕ５型とＡｌＢ２型超伝導体の実施例を金属間化合物の以下の一般式で表すことができる。
【化１】
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（２４）
ただし、Ｒは希土類元素（Ｙを含む）及びその混合物を表し、ＥとＡはアルカリ土類元素及びその混合物を表し、かつ、ｘ（１）＝１であると、ＥとＡは異なり、前記Ｒ、Ｅ、Ａ元素を（２４）で表す３つの層を含む六方晶系構造の上層と下層に位置させ、Ｄ＝Ｃｕ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、ＺｎとＧ＝Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｎは導電層である中間層を形成する元素であり、上層と下層に位置してもよく、ｍ＝２又は５であり、ｘ（１）、ｘ（２）、ｘ（３）はドーピングパラメータであり、０≦ｘ（１）≦１とし、０＜ｘ（２）＜１とし、０≦ｘ（３）≦１とする。Ｍ＝Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ及びその混合物であり、かつ、ｙ、ｚは小さい正パラメータである。
【００４３】
ｍ＝２であると、形成された当該金属間化合物（２４）はＡｌＢ２型結晶構造を有し、ｍ＝５であると、形成された当該金属間化合物（２４）はＣａＣｕ５型結晶構造を有する。この金属間化合物（２４）が超伝導性状態となるように、上記実施例に規定されているように、この金属間化合物（２４）がチャネル開口の縮退状態となるようにドーピングする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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