マティアスルール

物理学において、マティアスの法則とは、超伝導体を発見するための歴史的な経験的指針を指します。この法則は、1950年代から1960年代にかけてこれらの原理を用いて数百もの超伝導体を発見したベルント・T・マティアスによって考案されました。1970年代末以降、非従来型超伝導体の発見により、この法則から逸脱する現象が見受けられるようになりました。

歴史

ベルント・T・マティアス（左）が周期表のニオブ元素を指し、ジョン・ユージン・クンツラーが見守る。ニオブとジルコニウムの延性合金は液体ヘリウム温度でも超伝導状態を維持するとアメリカ物理学会に報告した後。

超伝導は、 1911年にハイケ・カメリング・オネスとジル・ホルストによって固体水銀で初めて発見されました。彼らは絶対零度に近い温度に到達する新しい技術を開発していました。[1] [2] [3]

その後数十年にわたり、他のいくつかの物質でも超伝導が発見されました。1913 年には7 K で鉛、1930 年代には10 K でニオブ、1941 年には16 K で窒化ニオブが超伝導であることが発見されました。

1933 年、ヴァルター・マイスナーとロバート・オクセンフェルトは、超伝導体が印加磁場を放出することを発見しました。この現象はマイスナー効果として知られるようになりました。

1950年代、ベルント・T・マティアスとジョン・ケネス・ハルムは、エンリコ・フェルミの勧めを受け、様々な元素や化合物における超伝導体を探る体系的な実験研究を開始しました。この研究の結果、彼らはマイスナー効果に基づく手法を開発しました。[4] [5]

マティアスは1954年、セオドア・H・ゲバレとの共同研究で、ニオブ・スズ（Nb 3 Sn）の超伝導を発見し、記録を破りました。この超伝導は、約18 Kという既知の最高転移温度を示しました。[6] [5]その後、マティアスは超伝導合金を見つけるための一般的な経験的特性の解明に取り組みました。同年、彼は「マティアスの法則」として知られることになる有名な指針の初版を発表しました。[5] [7]マティアスは1962年、彼の法則からの逸脱の一部は、材料中の不純物や欠陥に起因することを示しました。[5 ] この法則を用いて、マティアスと共同研究者は1965年、ニオブ・ゲルマニウム（Nb 3 Ge）の臨界温度が20 Kを超えるという記録的な値を示すことを発見しました。 [8] [9]

マティアスは1957年に彼の規則の最初の概要を発表しました。[5] [10]超伝導の成功した微視的理論は、ジョン・バーディーン、レオン・クーパー、ジョン・ロバート・シュリーファーによるBCS理論の発展によって同年まで登場しませんでした。[11]

ゲバレとマティアスは1970年に「超伝導の理論的理解に挑戦し、高磁場超伝導体の技術を開拓した共同実験研究」によりオリバー・E・バックリー凝縮物質賞を受賞した。 [12]

マティアスの法則の最初の逸脱の一つは、硫化モリブデン とセレン化物における超伝導の発見によって発見されました。マティアスは1976年のロチェスター超伝導会議において、これらの物質も超伝導の対象に含めるための追加基準を提唱しました。[13]

マティアスの規則のもう一つの違反は1979年にフランク・シュテグリッヒ[14]による重いフェルミオン超伝導体の発見で現れました。この発見ではマティアスの規則に反して磁性が役割を果たすと予想されました[15] 。

マティアスは、1986年にゲオルク・ベドノルツとK・アレックス・ミュラーによって高温超伝導体が発見されるまで、発見された最高臨界温度超伝導体の記録を保持していました。[5] [16] [17] [18]

説明

マティアスの規則は低温超伝導体を見つけるための一連のガイドラインですが、マティアスによってリスト形式で提供されたことはありません。

これらのルールの一般的な要約版は次の通りです: [19] [20] [15] [8]

  1. 高い対称性は良いですが、立方対称性が最適です。
  2. 電子状態密度が高いのは良いことです。
  3. 酸素から離れてください。
  4. 磁気から遠ざかる
  5. 絶縁体には近づかないでください。
  6. 理論家からは離れてください!

ルール2は、酸化物のような金属-絶縁体転移に近い物質を除外します。ルール4は、強磁性または反強磁性に近接する物質を除外します。[18]ルール6は公式のルールではなく、当時の理論に対する懐疑心を示すためにしばしば追加されます。[15]

マティアスが述べた他の同等の原理は、主にd電子金属で機能することを示している。つまり、価電子の平均数は3、5、7の奇数が好ましく、フェルミ準位で電子密度または状態電子密度が高い。[18]

1976年、マティアスはモリブデン化合物のばらつきを考慮して、「モリブデン単体とは全く反応しない元素でも、Mo 3 S 4やMo 3 Se 4、S、Seと超伝導化合物を形成する」という基準を追加しました。[15]

失敗と拡張

マティアスの法則はどれも完全には有効ではないと主張されている。[19]特に、この法則は高温超伝導体には適用できないため、これらの物質には代替法則が提案されている。[18] [19]

参考文献

  1. ^ Sengers、Johanna Levelt:流体の混ざり方: ファン デル ワールス大学とカメルリング オンネスの発見。 (Edita—the Publishing House of the Royal、2002、318 pp)
  2. ^ van Delft、Dirk (2007) 凍結物理学、Heike Kamerlingh Onnes and the Quest for cold、Edita、アムステルダム、ISBN 9069845199。
  3. ^ ブランデル、スティーブン：超伝導：非常に短い入門（オックスフォード大学出版局、第1版、2009年、20ページ）
  4. ^ ロガラ、ホルスト; ケス、ピーター H. (2011-11-11). 超伝導100年. テイラー＆フランシス. ISBN 978-1-4398-4948-4。
  5. ^ abcdef ゲバルレ、TH; JK ハルム (1996)。ベルント・テオドール・マティアス 1918–1990 (PDF)。国立科学アカデミー。
  6. ^ Matthias, BT; Geballe, TH; Geller, S.; Corenzwit, E. (1954-09-15). 「Nb 3 Snの超伝導」 . Physical Review . 95 (6): 1435. Bibcode :1954PhRv...95.1435M. doi :10.1103/PhysRev.95.1435. ISSN  0031-899X.
  7. ^ Matthias, BT (1955-01-01). 「超伝導性と原子あたりの価電子数との間の経験的関係」 . Physical Review . 97 (1): 74– 76. Bibcode :1955PhRv...97...74M. doi :10.1103/PhysRev.97.74. ISSN  0031-899X.
  8. ^ ab Grimaldi, C. (2001). 「高TC超伝導の可能性のあるメカニズム」 Cifarelli, Luisa (編).高エネルギー衝突型加速器のための超伝導材料：INFNエロイザトロン・プロジェクト第38回ワークショップ議事録、イタリア、エリチェ、1999年10月19日～25日World Scientific. ISBN 978-981-02-4319-7。
  9. ^ Arrhenius, G.; Corenzwit, E.; Fitzgerald, R.; Hull, GW; Luo, HL; Matthias, BT; Zachariasen, WH (1968). 「20.5°K以上におけるNB 3 (AL, GE)の超伝導」. Proceedings of the National Academy of Sciences . 61 (2): 621– 628. doi : 10.1073/pnas.61.2.621 . ISSN  0027-8424. PMC 225205. PMID  16591705 . 
  10. ^ Matthias, BT (1957-01-01)、Gorter, CJ (編)、第5章 周期表における超伝導、低温物理学の進歩、第2巻、エルゼビア、pp.  138– 150、doi :10.1016/s0079-6417(08)60104-3、ISBN 978-0-444-53308-1、 2023年8月9日閲覧 {{citation}}:ISBN / 日付の非互換性（ヘルプ）
  11. ^ Bardeen, J.; Cooper, LN; Schrieffer, JR (1957年12月). 「超伝導の理論」. Physical Review . 108 (5): 1175– 1204. Bibcode :1957PhRv..108.1175B. doi : 10.1103/PhysRev.108.1175 .
  12. ^ 「受賞者」www.aps.org . 2023年8月9日閲覧。
  13. ^ Matthias, Bernd T. (1976), Douglass, DH (ed.), "Some Surprises in Superconductivity" , Superconductivity in d- and f-Band Metals , Boston, MA: Springer US, pp.  635– 642, doi :10.1007/978-1-4615-8795-8_39, ISBN 978-1-4615-8797-2、2023年8月10日取得
  14. ^ シュテグリッヒ、F.アーツ、J.ブレドル、CD;リーケ、W.メシェデ、D.フランツ、W.シェーファー、H. (1979-12-17)。 「強いパウリ常磁性の存在下での超伝導: Ce${\mathrm{Cu}}_{2}$${\mathrm{Si}}_{2}$」。物理的なレビューレター。43 (25): 1892–1896。書誌コード:1979PhRvL..43.1892S。土井：10.1103/PhysRevLett.43.1892。hdl : 1887/81461。S2CID  123497750。
  15. ^ abcd サイデル, ポール (2015-01-22). 応用超伝導：デバイスと応用に関するハンドブック. ジョン・ワイリー・アンド・サンズ. ISBN 978-3-527-67066-6。
  16. ^ Saunders, PJ; Ford, GA (2005). The Rise of the Superconductors . Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 0-7484-0772-3。
  17. ^ ベドノルツ、JG;ミュラー、KA (1986)。 「Ba-La-Cu-O系における高T c超伝導の可能性」。物理学のためのツァイシュリフト B。64 (2): 189–193。書誌コード:1986ZPhyB..64..189B。土井：10.1007/BF01303701。S2CID  118314311。
  18. ^ abcd 内田慎一 (2014-11-20). 高温超伝導：より高い臨界温度への道. シュプリンガー. ISBN 978-4-431-55300-7。
  19. ^ abc Mazin, Igor I. (2010). 「鉄の力で超伝導が加速」 . Nature . 464 (7286): 183– 186. Bibcode :2010Natur.464..183M. doi :10.1038/nature08914. ISSN  0028-0836. PMID  20220835. S2CID  4391681.
  20. ^ Conder, K (2016-08-01). 「マティアスの法則の第二の人生」.超伝導科学技術. 29 (8) 080502. Bibcode :2016SuScT..29h0502C. doi : 10.1088/0953-2048/29/8/080502 . ISSN  0953-2048. S2CID  123619400.
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Matthias_rules&oldid=1314071849」より取得