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講義No.07824

電気抵抗がゼロになる? 超伝導の応用の可能性を探る

超伝導とはいったいどんな現象?

 超伝導(Superconductivity)とは、ある金属や化合物をとても低い温度にまで冷やしていくと、電気抵抗がゼロになってしまう現象です。1911年にオランダで液体ヘリウムによる超低温環境での実験の際に発見されたこの現象は、その後長い間、マイナス250℃より高い温度での発生が確認されることはありませんでした。しかし、1986年にマイナス140℃前後で超伝導状態となる銅酸化物が発見されてから、超伝導の研究は一気に加速し、さらに扱いやすい低温環境、あるいは常温で機能する超伝導体の発見に向けて研究が続けられています。

高精度のセンサーに超伝導を活用

 超伝導の応用が有効な分野には、さまざまなものがあります。例えば、リング状の回路で超伝導状態を起こさせると、そのリングに磁束が発生しているかどうかを確実に識別できるため、非常に感度の高い「磁気センサー」を作ることができます。SQUID(超伝導量子干渉計)と呼ばれるセンサーは、人間の脳の活動によって発生する電流の磁場を精密に測定したり、心電図などでは発見できない心臓疾患を発見したりすることが可能です。また、天文学の分野でも、超伝導の技術を応用したセンサーが電波天文台の受信機に採用されており、さらには人工衛星に搭載して観測に活用することなどが試みられています。

超伝導コンピュータの未来は?

 超伝導の技術は、非常に高速なコンピュータ、あるいは非常に消費電力が低くてすむコンピュータのデジタル回路への応用も期待されています。超伝導体のリングの一部にごく薄い絶縁膜を設けることで、磁力線が出入りする仕組みを取り入れています。超伝導技術を使ったコンピュータでネックとなるのは、それ自体を冷やさなければならないという点ですが、日本や米国で現在も研究開発が続けられています。
 電気抵抗がゼロになるという私たちの想像を超えた超伝導の現象は、もしかすると将来、とても身近な存在になるのかもしれません。

参考資料
1:電圧を正確に1000倍する超伝導集積回路

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電気抵抗ゼロだけじゃない、不思議な超伝導

夢ナビライブ2016 仙台会場

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電気抵抗の起源

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超伝導の仕組み

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この学問が向いているかも 電子工学、応用物理学

電気通信大学
情報理工学域 Ⅲ類(理工系) 電子工学プログラム 教授
水柿 義直 先生

メッセージ

 私は、超伝導体を使った電子回路やナノエレクトロニクスの研究をしています。めざしているのは速い電子回路、省エネな電子回路、高感度なセンサー、高精度な電圧発生器などです。あなたにとって重要なのは、勉強、遊び、スポーツ、趣味などで「これは面白いな」と思えるものをいくつも持っていることだと思います。別の言い方をすれば、進んで実行することや主体的に行動することの範囲を広げておくことが大事です。自分の可能性を広げるためにも、いろいろなことにチャレンジしてください。

先生の学問へのきっかけ

 小学生の頃から、電子工学キットをハンダづけして組み立てるのが大好きでした。電子工学の勉強をしたいと思ったので尊敬していた電子工学研究の第一人者、西澤潤一先生がいた東北大学へ進学しました。第一志望だった研究室には入れませんでしたが、いくつかの偶然が重なって、1人だけ枠のあった超伝導の研究室に入ることになったのは、運命的な巡り合わせだったのかもしれません。現在は研究で超伝導体を活用したさまざまな電子回路やナノエレクトロニクスの開発に携わってます。

先輩たちはどんな仕事に携わっているの?

電機メーカー製品開発者/製造機器メーカー装置開発者/自動車メーカー技術開発者/計測機器メーカー技術開発者/鉄道会社運行管理

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水柿 義直 先生がいらっしゃる
電気通信大学に関心を持ったら

 電気通信大学は、日本初の電気通信単科大学として無線技術者の養成はもとより、電気通信科学のあらゆる分野にわたって古くから研究者や技術者を送り出してきました。先端科学技術を支える全分野を網羅し、電子・情報分野に特化した研究、教育を行うユニークな大学です。社会に信頼され、社会から頼りにされる大学を目指し、ものづくりに意欲を燃やす学徒の期待に応える教育環境を提供します。

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