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超伝導クイズ-中級編 解答＆解説
Q1 現在実際にあるものは？ Ans. 超伝導アンテナ
超伝導アンテナは2つの周波数領域でその利点を生かされます。。一つは、現在利用者が急増している移動体通信の周波数帯(0.7〜3GHz)でのアンテナです。この周波数帯では効率の高い小型アンテナの実現が期待されています。通常の金属で小型アンテナを制作すると、導体損が大きくなり効率が低下しますが、小型超伝導アンテナは効率も高くその目的に合致したアンテナです。また、高周波帯のアンテナほど給電線の幅が狭くなり、導体ロスが大きくなるので、将来の通信や環境センシングを目指したミリ波超伝導アンテナは極めて有望と考えられ、現在欧米で盛んに研究が進められています。
超伝導アンテナは実用化に向けての課題がはっきりしており、高性能な超伝導パッチアンテナやパッチアレーアンテナを実現するためには、大面積・高品質酸化物超伝導薄膜の合成法、超伝導アンテナの設計法、超伝導薄膜・基板のマイクロ波物性評価法、冷却システム等を総合的に検討する必要があります。
Q2 オンネスは超伝導現象の発見以外にも低温物理で大きな業績を残しています。それは何？ Ans. ヘリウムの液化
1908年、酸素や窒素の液化に成功したライバル達の知見を生かしつつ、ついにヘリウムの液化に成功し、絶対温度4.2
Kに到達しました。そして、その3年後の1911年、水銀を4.2 Kに冷却することで、超伝導を発見したのです。ちなみに、オンネスは1913年にノーベル物理学賞を受賞していますが、これはヘリウムの液化に対する功績が評価されたものです。超伝導の発見についてではないのは意外だと思いませんか?その頃の物理学の世界では量子論や相対性理論といった巨大な理論の研究に沸いていて超伝導のことはあまり注目されなかったからでした。
Q3 超伝導になる単体金属は何種類くらいある？ Ans. 30種類くらい
単体そのままで超伝導になる金属はだいたい30種。アルミニウムや亜鉛，水銀といった比較的身近な金属でも低温では超伝導になるのです。鉛は絶対温度2.4
Kで，水銀は4.16 Kで超伝導になります．
Q4 リニアモーターカーに車輪はある？ Ans. ある
超伝導電磁石を用いて加速するには、ある程度の速度が必要となります。そこで、時速150kmくらいまでは車輪で助走し、それから地上から10cmほど浮いて走行します。
Q5 第二種超伝導体は永久磁石としての利用が考えられているが、液体窒素温度での現在最高の捕捉磁場はどれくらい？ Ans. 3T
2001年2月、超電導工学研によって77 Kで3.3Tの捕捉磁場を有するGd123系バルク超伝導体の作製に成功したと報告されています。
Q6 第二種超伝導体はマイスナー効果のため磁場は侵入しない？ Ans. 磁場による
下部臨界磁場(Hc1)と上部臨界磁場(Hc2)によって、マイスナー状態・混合状態・常伝導状態の3つを取り得るので、磁場によりますよね。Hc1以下の磁場ではマイスナ-状態、Hc1以上Hc2以下の磁場では混合状態、Hc2以上の磁場では常伝導状態となります。
Q7 超伝導の発見(1911年)から酸化物超伝導体の発見(1986年)までに、Tcはどのくらいのスピードで上昇した？
Ans. 0.3K/年
1911年に発見されたHgは4.2K。1986年までの最高のTcはNb3Geの23 Kでした。
Q8 では、La系酸化物超伝導体が発見されY系が見つかるまでに、どのくらいのスピードで上昇した？
Ans. 10K/月
まず、La系のLa2-xBaxCuO4が発見され、そのTcは30 K。その半年後にY系のYBa2Cu3O7が発見され、93 Kという非常に高いTcを記録しました。
Q9 巨大磁気抵抗を示す遷移金属酸化物は? Ans. Mn酸化物
磁場の有無及び方向によって抵抗の値が変化する現象は磁気抵抗効果と呼ばれています。鉄、ニッケル、コバルトのような強磁性金属やそれらの合金と、銅やアルミナ等の非磁性物質からなる多層膜構造は、この磁気抵抗効果を利用した磁気ヘッドや磁気抵抗ランダムアクセスメモリとしての応用へ向けて盛んに研究されています。より小さな磁場で、より大きな効果を発現する材料の開発は、それらを応用したデバイスの性能向上を図る為に必要不可欠であり、その１例として最近では遷移金属ペロブスカイト酸化物の研究も盛んに行われています。この酸化物系材料は、磁場の印加により金属／絶縁体転移を示す、つまり超巨大な磁気抵抗変化を示すことから興味が持たれ研究が行われおり、強磁性体金属であるMnSb（マンガンアンチモン）と光エレクトロニクス用材料等として広範囲に使われているIII-V族半導体GaAs（砒化ガリウム）からなるヘテロ構造が、室温でも
10000% を越える超巨大な磁気抵抗効果を示すことが発見されました。
Q10 次のうち無色でない液体は? Ans. 液体酸素
気体は無色透明なんですが、液体酸素は淡青色で、常磁性を示します。
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