超伝导体の物质设计に道を开く新たな理论计算手法の开発 超伝导体の転移温度を高い精度で计算することに成功
高温超伝导体の予言、设计は物性物理学における最大の挑戦的课题の一つである。この究极の目标を达成するためには、超伝导体の転移温度を正确に予测する手法の开発が必要不可欠である。超伝导はフォノン、プラズモン、エキシトン、スピン揺らぎなどを媒介として実现する。この中で、フォノンを媒介とする超伝导については、2005年に密度汎関数理论とよばれる理论の枠组みの中で正确にその転移温度が予测できることが示された。しかし、フォノン以外の非従来型と呼ばれる超伝导体については、定式化がなされてこなかった。非従来型超伝导体の中には、しばしば非常に高い転移温度をもつ物质が见つかっているため、密度汎関数理论を非従来型の超伝导体に拡张することは高温超伝导体の物质设计にとって欠かせない。
© Ryotaro Arita, 超伝導の転移温度の理論値と実験値の比較。従来の手法による結果を赤で、新しく開発された手法による結果を紫で示している。○、△、□、?は4つのグループの実験値である。従来の手法では格子振動の効果のみ取り入れられ、転移温度は過小評価されるが、新しい手法では電子の振動も取り入れられてより正確な見積もりが可能になった。
东京大学大学院工学系研究科物理工学専攻の有田亮太郎准教授と明石辽介大学院生（博士课程）は、非従来型の超伝导のプロトタイプのひとつで70年代以来の研究の歴史をもつプラズモン机构を取り扱う方法论を构筑した。开発された手法を単体の高温超伝导体の一つである圧力下のリチウムに适用したところ、本手法を用いて予测した転移温度が実験データによる転移温度正确に再现されることを见いだした。
本手法により、新たな超伝导体物质を设计する指标が提示されるため、今后の材料探索や合成が一気に加速し、将来的には超伝导モーターや送电线の実现に资することが期待されます。
本研究成果は、米国科学誌「笔丑测蝉颈肠补濒 搁别惫颈别飞 尝别迟迟别谤蝉」（オンライン版8月1日号）に発表されました。
论文情报
Ryosuke Akashi and Ryotaro Arita,
“Development of Density-Functional Theory for a Plasmon-Assisted Superconducting State: Application to Lithium Under High Pressures”,
Physical Review Letters 111, 057006 (2013), doi: 10.1103/PhysRevLett.111.057006.
