コーネル大学の研究者たちは、ソフトマテリアルと3Dプリンティングを組み合わせた超伝導体の新しい製造方法を開発しました。この革新的なアプローチは、ポリマー化学と積層造形を融合させたもので、MRI技術や次世代量子コンピューターなどの分野での進歩が期待されています。
この手法の最も顕著な成果は、ニオブナイトライドが達成した臨界磁場です。この新しい技術を用いることで、40～50テスラという、この材料にとって記録的な値に達しました。これは、高度な医療機器に見られるような、極めて高い磁場環境での機能に不可欠な特性です。プロジェクトリーダーのウルリッヒ・ウィスナー教授は、使用されたポリマーの分子量と最終的な超伝導性能との間に直接的な相関関係があることを指摘しており、これは以前には確立されていなかった関連性です。
このブレークスルーは、約10年にわたる研究の集大成です。コーネル大学の研究チームは、2016年にブロックコポリマーが超伝導体形成に有利な構造に自己組織化することを示しました。2021年には、これらのソフトマテリアルベースの方法が従来の技術に匹敵する性能を持つことが確認されました。現在のプロセスは、従来の多孔質材料の3Dプリンティングで典型的な多くのステップを回避する「ワンポット」システムを特徴とし、さらなる質的な飛躍を遂げています。
新しい技術は、原子レベルの結晶格子、コポリマーの自己組織化によって誘導されるメソ構造格子、そして3Dプリンティングによって直接製造される巨視的な格子という、3つの異なるレベルで超伝導材料を組織化します。プロセスは、コポリマーとナノ粒子からなるインクから始まり、印刷中に自己組織化します。その後の熱処理により、材料は前例のない特性を持つ多孔質結晶超伝導体に変換されます。
結果として得られる多孔質構造は、複合超伝導体として記録的な内部表面積を提供し、新しい量子材料の開発に理想的な特性を備えています。研究者たちは、チタンナイトライドなどの他の化合物のテストも積極的に行っており、従来の製法では達成が困難な三次元構造の実現を目指しています。
この研究は、化学者、物理学者、材料科学者からなる学際的なチームによって可能になりました。これは、研究の境界を押し広げる上で学際的な協力が極めて重要な役割を果たしていることを強調しています。ウィスナー教授によると、新しい方法論は、従来よりもシンプルかつスケーラブルに製造できる、調整可能な特性を持つ超伝導体の世代への道を開く可能性があります。この進歩は、MRIのような医療技術から、量子コンピューティングのような最先端の応用まで、幅広い分野に影響を与える可能性を秘めています。