用语解説
スピン叁重项超伝导体
これまでに知られている超伝导体のうちのほとんど全ては「スピン一重项超伝导体」であることが知られています。このスピン一重项超伝导というのは、超伝导を担う电子対（クーパー対）のスピンの自由度が消えてしまっている状态のことです。大ざっぱには、図2に示すように、「逆向きのスピンをもった二つの電子が対を組んだ状態」と理解できます。一方、「スピン三重項超伝導」とは、スピンが同じ向きの電子が対を組んだような状態であり、スピンの自由度を保った超伝導状態であると言えます。つまり、電子には電流を担う電荷と磁気情報をもつスピンという性質がありますが、スピン一重項ではスピンは消えてしまうのに対し、スピン三重項では磁気情報を持った超伝導電流が流れます。しかし、スピン叁重项超伝导体の候補はこれまでにSr2RuO4を含めた数例しか知られておらず、まだ完全に実証に成功した例はありません。
一次相転移と二次相転移
物质がある条件を境にその巨视的な様态をがらりと変える现象は相転移と呼ばれ、日常的にも多くの相転移现象が知られています。例えば、水を冷やすと氷へと変わる现象（凝固）や、鉄を热すると磁石につかなくなる现象（强磁性－常磁性転移）、そして超伝导転移はいずれも相転移の一种です。これらの相転移现象は「一次相転移」と「二次相転移」の二つに分类することができ、水の凝固は前者に、鉄の强磁性転移は后者に属します。ある相転移がこの二种のどちらの属するかというのは、その相転移を研究する上で根本的に重大な问题です。
以下の表にあるように、一次相転移と二次相転移の最も决定的な违いは、一次相転移では転移点における非连続的?不可逆的な振舞いがみられ、より急激な相転移になっているという点です。逆に言うと、これらの性质が観测できれば、一次相転移の明确な証拠となるわけです。
| 一次相転移 | 二次相転移 | |
|---|---|---|
| エントロピーの変化 | 転移点でエントロピーが不连続変化する | 転移点でエントロピーは连続変化する。 |
| 潜热の有无 | 潜热を伴う | 潜热を伴わない |
| 転移の可逆性 | 过冷却?过热を伴う场合がある。 | 过冷却?过热は伴わない。 |
| 身近な例 | 水の凝固や気化 | 鉄やニッケルの强磁性転移 |
| 超伝导の场合 | 第滨种超伝导体の磁场中超伝导転移 第滨滨种超伝导体でスピン偏极と超伝导が竞合する场合（パウリ効果） | ゼロ磁场での超伝导転移 第滨滨种超伝导体のほとんどの场合の磁场中超伝导転移 |
超伝导一次相転移の起源
磁场中における超伝导相転移は多くの场合二次相転移です。しかし、几つかの例外があることはすでに知られています。一つ目は、「第滨种超伝导体」と呼ばれる超伝导体の场合です。第滨种超伝导体には多くの纯粋金属の超伝导体（例えばアルミニウム、铅など）が属します。しかし、厂谤2RuO4に関しては、これが第滨种超伝导体ではなく第滨滨种超伝导体であることはほぼ确実に証明されています。もう一つは、伝导电子のスピン偏极（ゼーマン効果）と超伝导が竞合する场合です。このスピン偏极による超伝导の破壊メカニズムを「パウリ効果」と呼ぶことがあります。パウリ効果は超伝导状态において磁场によってスピンが偏极される度合（スピン磁化率と呼ばれます）と通常金属状态におけるスピン磁化率が异なる场合に生じ得ますが、厂谤2RuO4の场合はこの二つが等しいことが実験的に示されています。従って、厂谤2RuO4ではパウリ効果も起こらないと考えられます。
スピン叁重项超伝导の実証に向けて
もしも厂谤2RuO4がスピン一重项超伝导であると仮定すれば、本研究の结果のみは説明可能です。しかしながら、この仮定はこれまでに报告されている多くの研究结果と矛盾することになります。特に、直接的にスピン叁重项性を観测した核磁気共鸣の実験では、现时点で知られている様々なエラーの可能性がないことも十分に考虑されています。従って、今のところ厂谤2RuO4がスピン一重项超伝导である可能性は低いと考えられます。ただし、「これまでの报告に反して厂谤2RuO4がスピン一重项超伝导体である」という可能性が100パーセント无いとは言い切れません。仮に、もしスピン叁重项超伝导というこれまでの解釈が间违っているのであれば、それは超伝导の基础研究の方法论を根底から见直す必要があるということを意味しています。即ち、より重大な问题が提起されることになります。これからの研究は、この可能性も当然考虑に入れたうえで进めていく必要があります。
エントロピー
エントロピーとは「乱雑さ」を表す量で、物质の状态を支配する基本的な量です。例えば、水では水分子が乱雑に动いているのに対し、氷では水分子が整然と并びます。従って、水よりも氷の方がエントロピーは低いということができます。また、超伝导状态では伝导电子がクーパー対を组んで一种の秩序状态を形成しているため、通常金属よりもエントロピーは低くなります。
潜热
ある物質が一次相転移を起こすと、熱が吸収されたり、放出されたりします。この熱を潜热と言います。例えば、水が沸騰する際に周囲から奪う気化熱はこの潜热の典型例です。なお、潜热はエントロピーと密接に関わっています。実際、一次相転移に伴う潜热は、エントロピーの変化と相転移を起こす温度の掛け算で表せます。
过冷却?过热
例えば、条件を选べば、大気圧の下でも0度以下まで水を液体のままで冷やすことができます。このように、本来相転移が起こるはずの条件になっているのにもかかわらず相転移が引き起こされずにいることを、过冷却または过热と呼びます。これらは一次相転移でのみ起こりうる现象です。