超電導Web21

2001 年 4 月創刊号

＜発行者＞
〒 105‑0004

国際超電導産業技術研究センター

港区新橋 5‑34‑3 栄進開発ビル 6F

超電導 Web21
によせて
経済産業省
大臣官房審議官（産業技術担当）
吉海 正憲「超電導 Web21」の開設を歓迎申し上げ、企画と実施にご尽力なされた方々に敬意を表する次第です。
昨今のダイナミックな技術革新
は、２１世紀を展望するにふさわしい新天地を切り開きつつあります。
ＩＴ、バイオ、ナノテクノロジーそして超電導の新材料や用途開拓など
日々紙面を覆い尽くす勢いの新情報が流れていますが、こうした情報の発信、入手、データ化などの情報マ
ネジメントの重要性が増大してきました。
「超電導Web21」の開設はその一つの試みであり、受発信双方向活用の新しいコミュニケーションと言えましょう。

超電導 Web21

財団法人

Tel(03)‑3431‑4002/Fax(03)‑3431‑4044

術にいたるまで幅広く超電導技術について正確でよく整理された情報をタイ
ムリーに提供することが重要である。
ISTEC はわが国の超電導技術開発の中心として多くの研究者の努力によって優れた研究・調査活動を続けてきたが、今後はスピーディで付加価値の高い広報活動の充実も望まれる。その意
味で Web21 の開設は時宜を得ており、印刷形態では不可能な、速応性があり
アクセスの範囲が広い情報メディアとして、新しい活動の場を拓くことを大いに期待したい。

超電導関連 4 月・5 月の催し物案内
4/21‑26
44th SVC Technical Conference
http://www.svc.org/TC pl.html
場所：Philadelphia. Penn., USA

4/23‑25First International Workshop
on Thermoacoustics
http://www.phys.tue.nl/lt/
workshop/home.html
場所：S‑Hertogenbosch,The
Netherlands Gottingen, Germanyによせて

4/24‑26

東京理科大学
理工学部 教授
正田 英介

5/13‑17

2001 磁気応用技術シンポジウム
場所：幕張ﾒｯｾ日本ｺﾝﾍﾞﾝｼｮﾝｾﾝﾀｰ
国際会議場(主催：日本能率協会)
Spectroscopies of Superconductors
http://www.uic.edu/orgs/sns
場所：Chicago,Illinois,USA

5/15
21世紀に入ってエネルギー資源の有効利用と地球環境の保全という二つの側面から超電導技術の実用化に対する期待は益々高まっている。新
しい超電導物質である「二ホウ化マ
グネシウム」に対する世界の関心もそれを反映しているものであろう。
しかし、グローバルな景気後退の流れの中で、長期的なロードマップに沿って着実な技術の開発を続けることは中々難しい状況にある。
このような環境の下にあって超電導技術開発を目標に向かって推進す
るには、産業界をはじめ広い範囲の支持を受けることが不可欠であり、そのためにはこれらの方々の理解を進めるために材料から応用や周辺技

先端超電導材料の現状（仮）場所：電力中央研究所(主催：材料研究会)

5/15‑18
High Speed Ground Transportation
Association(HSGTA)Annual Conference
http://www.hsgt.org
場所：Milwaukee,Wisc.,USA

5/16‑18
第 64 回春季低温工学・超電導学会
場所：明星大学（日野市）(主催：低温工学会)

5/20‑25
IEEE MTT‑S International Microwave
Symposium 2001 (INS2001)
http://ims2001.org/index.htm
場所：Phoenix,Arizona,USA(主催：IEEE MTT‑S)(c) ISTEC 2001

All

rightsreserved.

超電導 Web21 の利用方法＜はじめてご利用になる皆様へ＞（１）毎月発行予定ですので、「最新号」のお知らせを致しますので、ご希望の方は、編集局までお問い合わせください。
（２）「超電導 Web21」は、ISTEC のホームペー
ジにリンクしております。
「最新号」，「バックナンバーを見る」，「よくある質問等」，「ご意見・ご質問」の項目で構成されております。
●「最新号」は、最新の情報（超電導 Web21）
のみをPDFファイル形式で掲載しています。
「アクロバット・リーダー」（Acrobat
Reader4.0 以上）をご用意ください。
●「バックナンバーを見る」では、最近半年の間に発行された「超電導 Web21」を発行
号順にタイトルを掲載しております。
●「よくある質問」では、皆様から寄せられた質問のうち、よくある質問とその回答を掲載致します。
●「ご意見・ご質問」では、超電導に関する素朴な疑問、調査して欲しい事項、「超電導
Web21」に掲載して欲しい記事や企画等をメールにて、募集しております。
（３）バックナンバーは、近刊数ヶ月以前のもの及び「ISTEC ジャーナル」については、
CD‑ROM によるコピーサービス（有料）で対応致します。
ご希望の方は，編集局までお問い合わせ
下さい。

目 次
超電導 Web21 によせて
1
超電導関連 4 月 5 月の催し物案内 1
超電導 Web21 の利用法
ＩＴ革命とは

12

単一磁束量子素子(SFQ)のﾃﾞｼﾞﾀﾙ分野
における役割
2
超電導ﾌｨﾙﾀはアナログ分野におけるエース
2
ビジネスの鼓動
世界の動き

33

平成 13 年度 ISTEC 事業計画纏まる 4
科学・研究の先端
4
特許情報

4

超電導ｴﾈﾙｷﾞｰｷﾞｬｯﾌﾟの神秘

5

読者の広場

6

単一磁束量子素子(SFQ)の
単一磁束量子素子(SFQ)(SFQ)のデジタル分野における役
割−まず AD 変換器の実現と実用が
先 決−

IT 革命とは「現代用語の基礎知識 2001」(自由国民社)によると、IT(II nformation
Technology)革命は「情報技術分野の急速な進展にともなって人間関係、経済、行政・政治・ライフスタイルなどが多様化し、国家・社会・企業の組織までも変えていく現象」と定義されている。
情報処理技術史を紐解いてみよう。
そろばんと計算尺はデジタルとアナログの代表的な古典的計算器である。
17 世紀になってパスカルの加算器、ライプニッツの乗算器などの機械変位型計算器が誕生した。20 世紀中葉に画期的なノイマン型計数型計算機が登場した。いわゆるコンピュータの普及は 1980 年代になってからで、
インターネットの普及は 1992 年以降である。
「IT 革命に生き残る知的仕事術」児
玉光雄著(成美文庫)によると、IT 普及は地域差、メディアの種類、世代などによる格差がある。1990 年代後半のアメリカのパソコン世帯普及率
は 50%、インターネットの接続率は30% であるに対して、日本はそれぞれ20% と 15% である。また、情報通信メディアの 10% 達成までの世帯普及速
度は、電話が 75 年間であったのに対して携帯自動車電話が 15 年間、インターネットが 5 年間と加速している。
一方、IT 自体は、移動体通信の大容量化及び高速化とコンピュータの高性能化及び高速化という 2 つの柱の凌ぎ合いで発展してものの、一部
ではこの分野で日本の立ち遅れが危惧されている。
このような情報通信産業の展開は、一層グローバル化とボーダレス化を遂げるものと考えられ、第三次産業革命と呼ぶこともある。
（編集局 田中靖三）

次々世代の情報処理技術のタ−ゲッ
トは、
ペタフロップスコンピュータと言われている。
現在の最高性能であるテラFLPOS級
スーパーコンピュータのプロセッサ単体の性能が1ギガFLOPS程度であるので、単純計算すると必要なプロセッサ数は100万個に及ぶ。プロセッサの性能は向上するとしても、その延長技術では総消費電力が100MWにも及ぶ。すなわち、
抜本的な省エネルギー型デバ
イス開発の必要性は誰しも認めるところである。
超電導SFQ回路は、その高速性と低消費電力性を特徴とするもので、将来の情報処理技術の有力な候補である。
SFQ論理回路作製に必要なジョセフソン接合アレイ作製などの微細加工技
術開発は、すでに Nb 超電導体や YBCO
酸化物超電導体を用いて進められている。
株式会社日立製作所では、当面、通信用 A D 変換器をターゲットとしてSFQ 回路の研究開発を推進している。
この成果として世界最高水準の接合作製技術を駆使して、写真に示すコン
パレータの100GHz動作(30K)を達成した。
（同基礎研究所高木一正主管研究員）
この技術を、AD 変換器に必要な数千接合に展開することは可能である。
しかし、
スーパーコンピュータを完成するとなると、まず、新しいアーキ
テクチャの開発が必要不可欠であり、さらに、光や半導体素子との融合、一層の超電導集積回路作製技術の向上を図るなど、厳しい技術課題を解決しなければならない。
（同斎藤和夫主任研究員）（編集局 田中靖三）

超電導フィルタはアナログ分野におけるエース−通信分野における日本の対応がな
ぜ遅れたか−NTT ドコモ株式会社は、FOMA を愛称として 2001 年 5 月から第 3 世代移動体
通信 IMT2000(国際標準名称)のサービスを開始する。
この IMT2000 対応の中枢機器である
移動体通信基地用受信フロントエンドには通常の常電導フィルタが適用される予定。
「同社では外国製高温超電導フィル
タと低温受信低雑音増幅器(CLNA)を小型冷凍機によって冷却する移動体通信
基地局用低温受信フロントエンドシス
テムの試作評価をすでに終了しているが、日本における実用化は 5 年先になる」という（㈱ NTT ドコモ電波環境特別研究室野島俊雄氏）。
対照的に、米国では同サービス帯域
において超電導フィルタが適用されている。この理由は２つある。１つは、日本では米国に比較して WRC‑2000 で承認された IMT‑2000 周波数配分帯域(800MHz、1.7GHz 及び 2.5GHz)の周辺
帯域に十分ゆとりがあり、挿入損失の周波数特性に優れる高温超電導フィル
タをすぐに適用する必要性がない。今ひとつは、高温超電導フィルタを適用したシステムのコストが現状システム
より 5 倍＊から 10 倍高価であるため、ニーズの高い地域でのみ実用されるのが実情である。＊(SRL/ISTEC 鈴木克巳
主管研究員コメント）（編集局 田中靖三）

100GHz動作を達成したコンパレータ（株）日立製作所提供(c) ISTEC 2001

All

rightsreserved.

第 3・第 4 世代情報通信ｼｽﾃﾑ

世界の動きビジネスの鼓動
SQUID 応用の先駆的役割を果たす
セイコーインスツルメンツ株式会社−半導体産業への応用に意欲
セイコーインスツルメンツ株式会
社は、超電導を応用した高感度磁気センサである SQUID(超電導量子干渉素子)磁束計と超電導分析機器の商品化並びに応用分野の開拓で先駆的役割を果たしている。生体磁気計測(1992 年脳磁気計測九州大学)、非破壊検査、環境計測、分析機器（SQUID
顕微鏡 SRL/ISTEC 納入）など幅広い分野に進出している。
これらに共通した特長は、μ m 級の高分解能、液体ヘリウムフロー冷
却方式による被検体温度可変制御、卓越した磁気・電流・組成分析技術にある。特に、「SQUID と CAD 技術との組合せによる回路検査に加え X 線
検出用高速 TES(Transition Edge
Sensor)による不純物組成分析を融合させることによって半導体集積回路の効率的オンライン検査も可能」という(同科学機器事業部開発部開発一課茅根一夫課長)。
写真に示す TES とその前段の
SQUID アンプ(ASC:2000 発表)など主要な要素技術は順調に開発されているが、実用にはむしろ冷却システムなど周辺システムの開発がポイントとのこと。http://www.sii.co.jp（編集局 田中靖三）

高温 SQUID 開発で先行する住友電
工ハイテックス株式会社

イメージング
California 大学 Berkeley 校、
Lawrence Berkeley National−磁気シールドレス心磁計測シス Laboratory（2001 年 2 月 8 日）
C a l i f o r n i a 大学 B e r k e l e y 校とテム開発に着手
Lawrence Berkeley National
住友電工ハイテックス株式会社は、 Laboratory のチームは、SQUID 顕微鏡
を用いて免疫検定を簡便、高速、高感
住友電気工業株式会社からの全面的度で行う新しい方法を開発した。
技術支援と大阪大学小林猛教授らのバクテリアや薬物、各種たんぱく質、指導のもとに生体磁気計測の一分野
化学物質の検査に使用できる。
である新しい SQUID 心磁計の開発に
この技術は従来の検定手法の欠点を克着手した。
服したもので、従来１日がかりの検定
すでに写真に示す 1 チャンネルデモ
をわずか数分で行える。
機を大阪大学に納入した。
これにより、
医師はその場で診断を下「この装置の特徴は、4 個の高温超したり、食物の中のバクテリアの電導(HoBCO)SQUID を内蔵し、環境ノチェックがすぐにできるようになる。
イズの除去のために電気的な X‑Y‑Z
また、生物や化学物質を使ったテロ対
ベクトル差分グラジオメータの採用策にも有効。SQUID顕微鏡は、抗体を介によって心臓が発する約 1000 億分のして微小な磁性粒子でマーキングされ1 テスラの微弱磁場を磁気シールドなたターゲット分子を識別する。
しで計測できる点にある」という(住今後、このような免疫検定技術のさら
友電気工業株式会社伊丹研究所マシ
なる感度向上が期待される。
ニング技術研究部糸崎秀夫部長)。
この成果は、小林教授らが応用物理 （出典）Superconducting SQUID microscope
学会(2001 年 3 月 28 日)にて発表済でmakes immunoassays easier, faster andある。http://www.shs.co.jp/squid/
（編集局

田中靖三）

磁気シールドなし SQUID 心磁計
大阪大学 小林猛教授提供
X 線検出用 TES 回路（株）ｾｲｺｰｲﾝｽﾂﾒﾝﾂ提供

外国製多チャンネル SQUID 脳磁計
34 台稼動月刊新医療 No.293(1999 年 5 月号：
エム・イー振興協会)によると、多チャンネル SQUID 脳磁計は 1999 年に累積 20 台が臨床試験用として稼動している。前出茅根一夫課長と糸崎秀
夫部長によると、現在日本で稼動中の SQUID 脳磁計はすでに 30‑34 台に達しているが、すべて外国製とのことである。
（編集局 田中靖三）

ＴＥＳ前段 SQUID アンプ（株）ｾｲｺｰｲﾝｽﾂﾙﾒﾝﾂ提供

more sensitive, scientists at UC
Berkeley and LBNL report By Robert
Sanders, Media Relations(08 Feb 2001 University ofCalifornia, Berkley Press Release)

http://www.berkeley.edu/news/
詳細は出典を参照。
材料
American Superconductor 社（2001 年 2 月 28 日）
新しい超電導物質として報告された
Tc ＝ 40K を持つﾎｳ化ﾏｸﾞﾝｼｳﾑに関し、American Superconductor社長Yurek氏
は、この物質の発見はすばらしいものであるとしつつも、
HTS材料の経験を基にこの材料から線材を作る方法について検討に着手してはいるが、これを線材化するには相当の時間がかかるだろ
うとしている。
同社によれば、新材料の応用分野として MRI や SMES があげられ、Yurek 氏
は、この 40K 材料によりこれら製品群の新たなﾗｲﾝｱｯﾌﾟにつながっていく可能性はあるとしている。
（出典）American Superconductor Comments on
New Superconducting Materials
Sees Long Term Potential for Boron‑
Containing Superconductors
Company On‑Track to Commercialize High
Temperature Superconductor Wires forPower Grid Applications(American Superconductor Corporation
Press Release, February 28,2001)

http://www.amsuper.com/press.htm
詳細は出典を参照。
(ISTEC国際部ﾏｰﾅ・ﾊﾛｯﾄﾞ)(c) ISTEC 2001

All

rightsreserved.

平成 13 年度 ISTEC 事業計画
纏る
財団法人国際超電導産業技術研究センター(略称ISTEC：理事長 荒木浩)は、平成 13 年 3 月 15 日、経団連会館において第27回通常理事
会及び第 17 回評議委員会を開催
し、平成 13 年度 ISTEC 事業計画案を審議し、次のように決定した。
平成 13 年度事業計画の特徴は、超電導に関する調査研究、具体的応用を目標においた基礎的な研究
開発、国際交流の促進などを行う
ことにより、超電導研究の円滑な推進を図るとともに、超電導関連産業の健全な伸展に寄与するため、各般の事業を積極的に推進する点にある。
なお、平成 13 年度予算としては、受託事業・賛助会費等を含め、約 50 億円を見込んでいる。
1. 普及
・啓発、
国際交流事業
普及・啓発、国際交流事業①第 14 回国際超電導シンポジウム

3. 国際標準事業① IEC/TC90 超電導委員会活動：韓国会議開催② JIS 規格原案作成活動(ISTEC 総務部

安住光弘)(SRL 第 2 研究部長

田島節子)

科学
・研究の先端
科学・(ISS2001)開催【9 月 25 〜 27 日、「The 3rd Int. Conf. on New
神戸市 神戸国際会議場】
Theories, Discoveries and②技術動向報告会開催【6 月 5 日、Applications of
東京都 都市センターホテル】
Superconductors and Related③第 13 回国際超電導ワークショップ Materials (New3SC), Jan.15 〜
開催【6 月 24 〜 27 日、米国ハワイ】
19, 2001, Honolulu, Hawaii
テーマ：高温超電導導体・プロセス(USA)」 帰朝 報告(USA)」
・応用④第 10 回国際超電導産業サミット
数ある高温超電導関連会議の中開催【10 月 1 〜 3 日、米国ワシンで、この会議が特徴とするところ
トン DC】
は、通常の学会であまり取り上げ⑤ 超電導 Web21 発信(４月〜)：
られない 新奇な 理論、物質、実超電導技術開発や実用化等に関する
験に関する発表の場を与えること
情報をインターネットにより配信を発足の趣旨としていることだ。
（和文１回／月および英文１回／
主催者の言い分では、研究キャリ
３ヶ月）。なお、ISTECジャーナルはアや国籍や主義主張のあらゆる差廃刊。
別を撤廃した会議、ということで⑥ SRL Technical Report 発行。
あり、プロシーディングスの割り⑦超電導に関する事業成果提供。
当てページ数などにもその姿勢の⑧内外の超電導関連情報の収集と提供 一端が伺われる。
（ISTEC NEWS、ISTEC 海外情報等）。

2. 研究開発
・技術開発事業（受
研究開発・技術開発事業（
託研究）①超電導応用基盤技術研究開発（平成 10 〜 14 年度）②超電導電力貯蔵システム技術開発(平成 11 〜 15 年度)③フライホイール電力貯蔵用超電導軸受技術研究開発（平成12〜
16 年度）④微小重力環境利用超電導材料製造技術開発（平成 7 〜 15 年度）⑤応用研究：単一磁束量子回路のLSI 化技術の研究（平成 12 〜 13年度）であった。特に光電子分光の２つのセッションでは、世界中の主だった研究グループがすべて集まり、フェルミ面の形、その組成依
存性、超電導状態で現われるスペ
クトル構造の解釈、ギャップエネ
ルギーの CuO 2 面枚数依存性など、懸案となっている問題について、熱い議論が戦わされた。
会議の本領である「新超電導体」
については、これといった発表はなかった。このハワイ会議の３日前、仙台での研究会で青山学院大の秋光教授が MgB2 の 40K 超電導転移を報告しており、日本人参加者の（休憩時間の）専らの話題はこれに集中した。
この発表がもう一ケ月早かったら、この会議は全く違う様相を呈していただろうと思うと少し残念だった。

当然の帰結として、いろいろな意
味でのマイノリティ達の集まりとな
り、
プログラムの半分くらいをアジア系の研究者が占め、若手の発表者も多かった。
しかしそれだけでは会議が盛り上がらないので、ビッグネームの研究者、マジョリティグ
ループの研究者もかなり招待された。その結果、文字通り「玉石混交」のプログラムとなる。
玉と石の落差たるや相当なものであり、聴衆自らがそれを判断する力
量を問われる。（感想：大変疲れた。
）
辛口の批評はさておき、「玉」の内容を少し紹介する。
著者の聴講した中で充実していたのは、
光電子分
光やラマン・赤外分光のセッション(c) ISTEC 2001

All

rightsreserved.

特許情報
高温超電導バルク材料樹脂含浸
特許次々と登録へ・・・。
本コーナーでは、ISTEC/SRLの研究から得られた特許等の知的所有権について、公開、登録情報の他、お勧めの特許やトピックスをタイ
ムリーにお知らせしてまいります。
NEDO からの受託研究である超電導応用基盤技術研究開発プロジェ
クトの成果である高温超電導バル
ク材料樹脂含浸に関する技術は、
バルク高温超電導体の機械的特性を飛躍的に改善し、捕捉磁場を向上させ、強磁場応用に活路を開くものとして注目されておりましたが、その関連特許が次々と登録になりました（基本特許(1)の特許公報はH13.3.12に発行されましたのでご覧下さい）。
(1)特願平 10‑361722 号(特許第3,144,675 号)(1998.12.18 出願，2001.1.5 登録)(2) 同 11‑ 61135 号(特許第3 , 1 0 0 , 3 7 5 号) ( 1 9 9 9 . 3 . 9 出願
,2000.8.18 登録)(3) 同 11‑175290 号(特許第3,100,370 号)(1999.6.22 出願，2000.8.18 登録) 他(SRL 開発研究部長林浩)

【 隔月 連載 記事 】

導ギャップは準粒子励起の障壁となって、超電導状態を守っているのである。
光に対する超電導体の応答をみると、超電導ギャップも半導体
ギャップと似たような役割も果していることがわかる。
図２は標準的な超電導体の光応答
で、横軸は光の周波数（エネルギー）、
縦軸は電気伝導度σである。
電気伝導度は電流の流れ易さの尺度であるとともに光の吸収強度も表している。σはhω＝2Δまでは0 であり、2 Δを超えると有限の値になる。この図で 2 Δを Eg に置き換えると半導体の光応答と定性的に同じものとなる。励起された準粒子も電流を運ぶのである。半導体との決定的な違いは、ω＝0にあるδ関数ピークの存在である。
δ関数というのは幅が0で高さが無限大のスパイク状の関数である。
このσ→∞のピークが超電導電流の起源であり、同時にマイスナー
効果を表しているのである。

超電導エネルギーギャップの神秘東京大学大学院
新領域創成科学研究科
教授 内田慎一

1. はじめに超電導は、（１）ゼロ電気抵抗（２）マイスナー効果（３）量子化
図１．
磁束 という特異な現象を示す固（a ）半導体のエネルギー体の状態である。これらは、それギャップと（b ）超電導
ぞれ独立な現象ではなく、同一のギャップ。
状態（超電導相）の電気的・磁気半導体では熱や光で電子は的応答を表わしている。一方、専（矢印で示されている）価電門家（理論家）の超電導に対する
子帯から伝導帯へ励起され見方は次のようなものである：
る。超電導体では、電子対の超電導とは「超電導ギャップ」
破壊により準粒子（太い矢と呼ばれる秩序パラメーターΔで印）が励起される。
表される秩序相である。温度上昇とともに秩序が乱され、Δが小さ
くなり、超電導臨界温度 T ｃでΔ＝0となる。T>Tｃの金属状態は正常相
この価電子帯と伝導帯を隔ててと呼ばれ、「秩序」を失った状態と いるエネルギー障壁が半導体のエなる。この超電導ギャップこそが ネルギーギャップ Eg である。半導超電導を発現するミクロなメカニ 体に電流を流すためには熱エネル
ズムと上記の特異な超電導現象と ギー（ｋ BT）や光のエネルギーを結ぶ要となるのである。逆に、超 （h ω、ωは光の周波数）がギャッ
電導ギャップが存在するからこそ、 プエネルギーEgを超えなければな（１）−（３）のような超電導現象 らない。半導体の電気伝導度が指が現れると言ってもよいであろう。 数関数的な（活性化型の）温度変これから数回にわたって、超電 化、σ〜 exp（− Eg/ ｋ BT）、を示
導現象、超電導メカニズムにおけ したり、光がｈω＝ Eg から吸収さる超電導ギャップの意味を解説す れ始めるのは、よく知られた特性る。超電導ギャップとは何か？に であり、Eg という量が特性を支配始まって、その存在がゼロ電気抵 していることがわかる。
抗やマイスナー効果をどのように半導体のエネルギーギャップが、出現させるのか？そして、高温超 半導体に電流が流れるのを妨げる
図２．
電導体における超電導ギャップは エネルギー障壁となっているのと超電導体の光学伝導度スペク
どのようになっているのか？とい は対照的に、超電導ギャップは、トル。ω＝０にδ間数ピーク
う基本的な疑問に、できる限り平 それが存在するからこそ超電導電（太い半矢印）が存在し、超易に答えてゆくつもりである。第 流が流れるのである。超電導体に電導電流を表している。２Δ
1回の今回は、その概略を述べるこ おいては、熱や光は電流を流す助以上の光に対して準粒子が励とにする。
（以下の文で「 」のつ けになっていないどころか、超電起される。
いた用語は、いずれ詳しく解説す 導電流の妨げになる。
ることになる専門用語である）。
では超電導ギャップは何を妨げるエネルギー障壁であろうか？答２．
半導体のエネルギーギャップ えは「準粒子」の励起である。準２．半導体のエネルギーギャップと超電導ギャップ
超電導ギャップと超電導特性
３．超電導ギャップと超電導特性
粒子の励起とは、クーパー対と呼 ３．
エネルギーギャップという量が ばれる電子対を壊すこと、すなわ
始めにも述べたように、ゼロ電物質の特性を決めている代表的な ち対を組んでいる２つの電子を引 気抵抗やマイスナー効果は超電導
例は半導体である。
き離すことである（図１（b））
。超 ギャップがあるからこそ生ずる現
半導体は、絶対零度（T=0K）では、 電導は、この電子対によってもた 象であるが、その関係を説明する
電場をかけても電流が流れない絶 らされるので、準粒子の励起は、 のは簡単ではない。むしろ超電導縁体である。しかし、温度を上げ 超電導にとって破壊的な作用とな の応用にとって重要な３つの特性、たり、光を照射すると電流を流す る。半導体の場合は、伝導帯に励起 （ⅰ）臨界温度 T ｃ（ⅱ）臨界磁場
ことができる。熱エネルギーや光 された電子はエネルギーギャップ H ｃ（ⅲ）臨界電流 Jc の方が、よりのエネルギーをもらって「価電子 には殆ど影響を与えないが、準粒 直接的に超電導ギャップと結びつ帯」の電子が「伝導帯」に移るか 子の励起は超電導ギャップの大き いている。
らである（図 1（a））。
T ｃは直接Δとスケールする物理
さを縮小させることになる。超電(c) ISTEC 2001

All

rightsreserved.

ヘッダ

量になっている。
超電導の標準理論 される。
である BCS 理論では２Δ＝ 3.5kBTc
T ｃよりも数倍高い、常温を超えとなり、実際、多くの超電導体で２ る温度でもギャップが有限に残る場
Δ＝（３〜５）KBTc であることが実 合がある。しかしながら、T<T ｃの験で確かめられている。ちなみに、 超電導相とT>T ｃの正常相は厳然と
ごく最近発見された超電導体MgB ２ 区別される。
正常相はギャップが有（T ｃ＝ 40K）でも、この関係式が成 限でも、ゼロ抵抗もマイスナー効果
立している。
も示さない。
外部磁場を排除するというマイ (3)ギャップの大きさはTｃの高低とスナー効果は、超電導体の特異な磁 殆ど相関しない。
場応答であるが、磁場の強さがある
T ｃが低くなる程、ギャップが大
臨界値 H ｃを超えると、磁場は超電 きくなるという傾向すらみられる。
導体内部に侵入し超電導状態を破壊 T ｃはギャップの大きさより、むしする。臨界磁場の大きさもまた、近 ろ超電導に参加している電子密度
似的にΔとスケールしている。H ｃ （超流動密度）nｓとスケールしていの大きさは、実際には、超電導体の る。
種類、第I種か第Ⅱ種か、あるいは
高温超電導体でも、ギャップの存不純物による汚染度によって左右さ 在は超電導現象の本質である。
しかれるが、いずれの場合も、H ｃは概 し、超電導特性におけるギャップのねΔに比例している。すなわち、大 役割は従来の超電導体とはかなりきなギャップ、従って高い T ｃをも 違ったものになっている。
つ超電導体程、高い臨界磁場を示す
更に、
クーパー対を形成する仕組のである。
みも、多分異なっているであろう。
超電導電流は、クーパー対の重心
この問題については連載の後半で運動に伴うものである。
その運動エ 議論することになろう。
ネルギーが増加してエネルギーギャップの大きさ（２Δ）に達した
とき、クーパー対が解離して超電導性が失われる。従って、このような臨界電流J ｃもΔに比例することになる。但し、現実の超電導体のJ ｃは、不純物による磁束のピン止
めの強弱など外部要因で決まっている。
４．
高温超電導体のギャップ
４．高温超電導体のギャップ
これは未だ完全な理解に至っていない問題である。高温超電導体
でも、従来の（低温）超電導体と同じく、ゼロ抵抗、マイスナー効果を示す。
超電導の担い手はクーパー対であり、超電導ギャップの存在が、これらの現象をもたらしていることは疑いない。種々の実験で、ギャップの存在が検証されている。
しかしながら、
高温超電導体のギャップは
低温超電導体のギャップと比べると異常な振舞を示している。
その異常さを以下に３例掲げておく。

読者の広場

All

株式会社ﾃｸﾉﾊﾞ 特命プロジェクト担当部長 奥村嘉賀男

超電導通信基地ができる。世界各国の超電導に関する情報が
ISTEC のホームページにアクセスすれば得られる。情報の迅速性、広汎性、双方向性、社会性をモットーにした電子情報機関を目指す。
この基地の役割への要望は大きい。
超電導初心者から専門家まで、新分野へのネットワーク拡大による関心度向上、超電導技術者達に希望を、特に、産・官・学の交流の場としたい。更に、企業の為の、相談所となり、仲間を増やす基地の役割となる。超電導 Web21 に期待する一人の願望である。
‑ 超電導 Web21 に期待すること ‑昭和電線電纜株式会社
無機･金属材料開発室
超電導グループ長 長谷川隆代
ISTECの情報機関紙が新たな形で出発することは、21 世紀という節目にあたり、とても象徴的な出来事のような気がします。今、情報は様々な形で、信じがたいスピー
ドで伝わります。超電導のような先端研究では、なおさらです。だからこそ正確な情報を、タイムリーに･･･これが超電導Web21に期待することです。

超電導 Web21 創刊号「読者の広場」は、読者のみなさんが作っていくコーナーです。
超電導に関して、さまざまな立場や角度から見た意見の投稿等を掲載するなど、情報の一方通行や偏った（誤った）認識を避けるべ
く、コミュニケーションの場として活用することを目的としております。
超電導を学術・専門的だけでなく、ビジネス分野から未来の世界(1)ギャップの大きさが対を組む電子の運動方向によって大きく違う。 まで夢を語れるようなそんなコー
ナーにできればと考えます。
ある方向に対してはギャップがゼロになり（ギャップノード（節）＊編集局ではみなさんの投稿をお方向という）、別の方向で最大値Δ
待ちしております。
をとる（「d波ギャップ」）。
０(2)ギャップの大きさが（例えば最大値Δ０）Tｃ以上でもゼロにならな
e‑mail to:
いという「擬ギャップ」現象が観測
web21@istec.or.jp(c) ISTEC 2001

‑ 超電導 Web21 への期待 ‑rightsreserved.

2001 年 4 月発行
＜発行者＞
（財）
国際超電導産業技術研究ｾﾝﾀｰ内
超電導 Web21 編集局〒 105‑0004
港区新橋 5‑34‑3 栄進開発ビル 6F
Tel 03‑3431‑4002
Fax 03‑3431‑4044
ホームページへのリンク
http://www.istec.or.jp

この「超電導 Web21」は、競輪の補助金を受けて作成したものです。