JP2014220284A - 室温超伝導体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】室温超伝導体とその製造方法を提供する。【解決手段】コンデンサー３０と、定電圧源４０と、第１スイッチ４２から構成されるコンデンサー回路１０２、および、コンデンサ３０の第１極板３２側に一端２２側を、第２極板３４側に他端２４側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて両極板間に挿入する半導体２０と、コンデンサー３０へ印加される電圧と逆方向に電圧降下を生じるように半導体２０に拡散電流を供給する定電流源１０と、第２スイッチ１２から構成される拡散電流回路１０３、とを含む室温超伝導体生成回路１０１において、第１スイッチ４２をオンにしてコンデンサー３０により半導体２０に電圧を印加すると共に、第２スイッチ１２をオンにしてコンデンサー３０による電圧と相殺する方向に拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、第１スイッチ４２と第２スイッチ１２とを略同時にオフすることで、半導体２０を超伝導状態にする。【選択図】図２

Description

本発明は、室温超伝導体およびその製造方法に関する。

超伝導体は電気抵抗ゼロで通電でき、従って通電に発熱を伴わないことから大電流が流せる。また、これによって強磁界を発生できるという特色を持ち、マイスナー効果などの様々な物理現象を示すため、理論的および工学的な両面から世界で盛んに研究が行われている。

１９１１年Ｋａｍｅｒｌｉｎｇｈ Ｏｎｎｅｓにより水銀等で発見された（非特許文献１参照）ように、従来の超伝導体は、その臨界温度（超伝導が発現する温度）以下まで極低温に冷却することで、初めて電気抵抗がゼロになる。理論的には、非特許文献２に記載のＢＣＳ理論（１９５７年）によって、いったん超伝導現象のメカニズムは解明された。しかし、１９８６年にＢｅｄｎｏｒｚ−ＭｕｌｌｅｒがＬａ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系で高温超伝導を発見して以来（非特許文献３参照）、ＢＣＳ理論に依らない超伝導現象発現のメカニズムが多数提唱されるようになった。

しかし、電気機器等に超伝導を利用した場合、その冷却装置をも付加しないといけないことから、保守点検の不便さ、機器の大型化、冷却による大きなコストなどの問題点がある。１００Ｋ以上の臨界温度を示す高温超伝導体を用いる場合においてもこのような事情は同じであり、より高い臨界温度を持つ超伝導体の探索が世界中で行われている。

これに対して特許文献１は、従来の研究のように臨界温度が存在する超伝導物質を作成するのではなく、電流源と分極半導体を併用し、システム的に超伝導電流を生み出す全く新しい着想によって、新型超伝導の存在を示唆した。不純物半導体（Ｎ型）に拡散による電流源で通電すると、当然に図１（ｂ）に示すように電圧（つまり電界）が発生するが、特許文献１に開示された発明の「電気抵抗を生じない電流回路装置」は、図１（ａ）に示すように、この電気抵抗に起因する電界をコンデンサーからの外部静電界によって相殺させ、半導体内部の電界をゼロにする。これにも拘らず、電源の電流源は拡散によって電子を運動させて電流を通電しているため、電子の運動を誘起するのに電界を必要としない。したがって、特許文献１の「電気抵抗を生じない電流回路装置」の原理は、抵抗に起因する電界と外部印加静電界の相殺により、半導体内部の電界がゼロでも依然として電流が流れるという点にある。

すなわち、特許文献１には、「第一極板と第二極板とを有し、該第一極板と第二極板間に電位差を付与されたコンデンサーと、一端と他端とを有し、前記第一極板側に該一端側を、前記第二極板側に該他端側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて該第一極板と該第二極板間に挿入する半導体と、前記半導体に、前記コンデンサーにより前記第一極板から前記第二極板へ印加される電圧と逆方向に前記他端から前記一端へ電圧降下を生じるように一定の拡散電流を流し得る定電流源と、を含み、前記コンデンサーにより前記半導体に印加される臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧と、前記定電流源より該半導体に流れる臨界電流Ｊｃ以下の一定の拡散電流による電圧降下とを相殺させることを特徴とした、電気抵抗を生じない拡散電流回路」なる発明が開示されている。

特許文献１では、半導体に流す拡散電流がＪｃ以下の場合は「電気抵抗を生じない拡散電流回路」が得られるが、Ｊｃ以上の拡散電流を半導体に流した場合はこのような電気抵抗ゼロで電流が流れ続ける状態は得られないことが示唆されている。すなわち、図１（ａ）において、コンデンサー３０の第一極板３２と第二極板３４間の電位差が１Ｖとなるよう充電し、半導体２０の他端２４から一端２２へ、コンデンサー３０から半導体２０に印加される電界Ｅによる電圧と逆方向に電圧降下を生じるように、一定の拡散電流Ｊ＝１（μＡ）を流すと定常状態が得られ、この定常状態において定電圧源４０とコンデンサー３０との接続を絶縁すると、図８のように半導体２０の電気抵抗がゼロとなるグラフを得た。しかし、定電流源１０より半導体２０の他端２４から一端２２へ流す一定の拡散電流Ｊを、Ｊ＝１０μＡとすると、図９のように半導体２０の一端２２と他端２４間の電位差Ｖは、電位差Ｖ＝０（ｍＶ）に近づくと急に立ち上がり、電位差Ｖ＝０（ｍＶ）の電気抵抗を生じない状態は得られなかった。

このように、特許文献１の発明では、半導体に印加される臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧と、定電流源より半導体に流れる臨界電流Ｊｃ以下の一定の拡散電流Ｊによる電圧降下とを相殺させる必要があり、拡散電流Ｊを数μＡ程度の臨界電流Ｊｃ以下に設定すると同時に半導体内部でトータルの電界をゼロとして「電気抵抗を生じない拡散電流回路」を得るには技術的な困難を伴った。また、定電流源が常に正のエネルギーを供給し続けるため、臨界電流Ｊｃ以下の拡散電流Ｊを流して超伝導状態を得たとしても、その超伝導状態に大きな揺らぎがあるという問題があった。

また、特許文献１に開示された発明では、半導体内部の電界がゼロでも依然として電流が流れることが確認されたが、外部から静磁場を印加した場合の当該電流の応答が明らかではなかったため、当該電流が超伝導に起因する電流であるのか否かが不明であった。

特開２０１２―０３３７４３号公報 M.ティンカム,超伝導現象（産業図書）１(1991年6月20日) J.Bardeen,L.Cooper,and J.R.Schrieffer,Phys.Rev.108,1175(1957) J.G.Bednorz,K.A.Muller, Zeitschrift fur Physik B CondensedMatter(Springer Berlin/Heidelberg) Volume 64,Number 2,189-193(1986年6月)

そこで、本発明は、上述のような臨界電流Ｊｃ以下の電流とコンデンサーによる電界を相殺するという技術的困難を除去し、温度に依存しない超伝導体を確実に生成する方法を提供し、かつ磁界に対しても超伝導特性を発揮する超伝導体を提供することを目的とする。

本発明に係る室温超伝導体は、第１極板と第２極板とを有するコンデンサーと、前記第１極板と前記第２極板間に電位差を付与するための定電圧源と、前記定電圧源の電源をオン／オフの切り替えをするための第１スイッチと、から構成されるコンデンサー回路、および、一端と他端とを有し、前記第１極板側に該一端側を、前記第２極板側に該他端側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて該第１極板と該第２極板間に挿入する半導体と、前記半導体に、前記コンデンサーにより前記第１極板から前記第２極板へ印加される電圧と逆方向に前記他端から前記一端へ電圧降下を生じるように一定の拡散電流を供給し得る定電流源と、前記定電流源が一定の拡散電流を供給するための電源をオン／オフの切り替えをするための第２スイッチと、から構成される拡散電流回路を含む室温超伝導体生成回路において、前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサーにより前記半導体の前記一端側から前記他端側に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加すると共に、前記第２スイッチをオンにして前記定電流源により該半導体の該他端側から該一端側へ該コンデンサーにより印加される電圧と相殺する方向に拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、該第１スイッチと前記第２スイッチとを略同時にオフにして、該半導体が超伝導状態に転移して得られる。

本発明に係る室温超伝導体は、前記室温超伝導体生成回路において、前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサーにより前記半導体の前記一端側から前記他端側に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加すると共に、前記第２スイッチをオンにして前記定電流源により該半導体の該他端側から該一端側へ該コンデンサーにより印加される電圧と相殺する方向に臨界電流Ｊｃ以上の拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、該第１スイッチと前記第２スイッチとを略同時にオフにして、該拡散電流Ｊが該臨界電流Ｊｃ以下に減衰して前記半導体が超伝導状態に転移して得られる。

本発明に係る室温超伝導体は、前記室温超伝導体生成回路において、前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサーにより前記半導体の前記一端側から前記他端側に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加すると共に、前記第２スイッチをオンにして前記定電流源により該半導体の該他端側から該一端側へ該コンデンサーにより印加される電圧と相殺する方向に臨界電流Ｊｃ以下の拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、該第１スイッチと前記第２スイッチとを略同時にオフにして、該拡散電流Ｊが該臨界電流Ｊｃ以下の状態で前記半導体が超伝導状態に転移して得られる。

本発明に係る室温超伝導体は、前記半導体は、ｎ型半導体またはｐ型半導体であってよい。

本発明に係る室温超伝導体は、前記コンデンサーを構成する前記第１極板と前記第２極板間に挿入した前記半導体の前記一端と前記他端との間に、それぞれ誘電体を挿入してもよい。

本発明に係る室温超伝導体の製造方法は、第１極板と第２極板とを有するコンデンサーと、前記第１極板と前記第２極板間に電位差を付与するための定電圧源と、前記定電圧源の電源をオン／オフの切り替えをするための第１スイッチと、から構成されるコンデンサー回路を準備するステップと、一端と他端とを有し、前記第１極板側に該一端側を、前記第２極板側に該他端側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて該第１極板と該第２極板間に挿入する半導体と、前記半導体に、前記コンデンサーにより前記第１極板から前記第２極板へ印加される電圧と逆方向に前記他端から前記一端へ電圧降下を生じるように一定の拡散電流を供給し得る定電流源と、前記定電流源が一定の拡散電流を供給するための電源をオン／オフの切り替えをするための第２スイッチと、から構成される拡散電流回路を準備するステップと、前記コンデンサー回路の第１極板と第２極板間に、該第１極板側に前記一端側を、該第２極板側に前記他端側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて前記拡散電流回路の前記半導体を挿入した室温超伝導体生成回路を構成するステップと、前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサーにより前記半導体に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加するステップと、前記第２スイッチをオンにして前記定電流源により前記半導体に前記コンデンサーにより印加される電圧と逆方向に電圧降下を生じるように一定の拡散電流Ｊを流すステップと、前記室温超伝導体生成回路を定常状態にするステップと、前記第１スイッチと前記第２スイッチとを略同時にオフにして、前記拡散電流Ｊが臨界電流Ｊｃ以下の状態で前記半導体が超伝導状態に転移した室温超伝導体を得るステップと、を含む。

本発明に係る室温超伝導体は、半導体の両端（上記一端と他端）間の電位差が０となるにも拘わらず、定電流源より供給されていた電流が上記半導体内部で流れ続ける。この電流は室温（約３００Ｋ）においても半永久的に流れ続け、上記半導体にはジュール熱が発生しないため、様々な用途に応用することが可能である。

すなわち、本発明は、上述の従来の超伝導の問題点である冷却が必要であるという点に解決を与えている。本発明に係る室温超伝導体生成回路を用いれば、超伝導体を創り出すのに冷却を必要としない。したがって、本発明の室温超伝導体を多様な電気機器に応用する場合、冷却装置が不要であるので、機器の小型化・コスト削減が可能となり、その高性能化を期待することができる。

さらに、本発明の室温超伝導体生成回路は、いずれも一般に入手可能なコンデンサー、半導体、定電流源により構成されるため、極めて容易かつ安価に製造することが出来る。

また、特許文献１で開示された回路では、コンデンサー回路の第１スイッチをオフにした後も、定電流源より半導体に一定の拡散電流Ｊ＝１（μＡ）を供給し続けたため、半導体の一端と他端間の電圧がゼロとなる状態は非常に不安定であった。しかし、本発明に係る室温超伝導体生成回路においては、第１スイッチと共に第２スイッチとを略同時にオフにして、半導体への拡散電流Ｊの供給をストップした。こうして半導体へのエネルギーの供給が断たれたため、超伝導状態は安定し、半導体の一端と他端間の電圧がゼロにも拘らず超伝導電流が流れ続ける室温超伝導体を得ることができる。

（ａ）本発明に係るコンデンサー回路の平面回路図、（ｂ）本発明に係る拡散電流回路の平面回路図。 （ａ）本発明に係る室温超伝導体生成回路の平面回路図、（ｂ）本発明に係る室温超伝導体の平面回路図。 本発明に係る室温超伝導体の断面図。 （ａ）本発明に係る室温超伝導体の１の実施例における、時間に対する半導体両端間の電位差を表すグラフ図、（ｂ）本発明に係る室温超伝導体の他の実施例における、時間に対する半導体両端間の電位差を表すグラフ図。 静磁場を印加した本発明に係る室温超伝導体における、時間に対する室温超伝導体（半導体）両端間の電位差を表すグラフ図。 本発明に係る実施例における室温超伝導体生成回路の平面回路図。 従来の電気抵抗を生じない拡散電流回路の平面回路図 従来の電気抵抗を生じない拡散電流回路においてＪ＝１μＡとした場合の、時間に対する半導体両端間の電位差を表すグラフ図。 従来の電気抵抗を生じない拡散電流回路においてＪ＝１０μＡとした場合の、時間に対する半導体両端間の電位差を表すグラフ図。

以下、図面を参照しながら本発明に係る室温超伝導体生成回路、室温超伝導体およびこれを用いた室温超伝導体の製造方法の実施形態について説明する。なお、以下各図面を通して同一の構成要素には同一の符号を使用するものとする。

図２（ｂ）に示す本発明に係る室温超伝導体１を含む室温超伝導体生成回路１０１は、図２（ａ）のように、第１極板３２と第２極板３４とを有するコンデンサー３０と、第１極板３２と第２極板３４間に電位差を付与するための定電圧源４０と、定電圧源４０の電源をオン／オフの切り替えをするための第１スイッチ４２とから構成されるコンデンサー回路１０２、および、同じく図２（ａ）に示すように、一端２２と他端２４とを有し、上記第１極板３２側に当該一端２２側を、上記第２極板３４側に当該他端２４側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて第１極板３２と第２極板３４間に挿入する半導体２０と、半導体２０に、コンデンサー３０により第１極板３２から第２極板３４へ印加される電圧と逆方向に他端２４から一端２２へ電圧降下を生じるように一定の拡散電流を供給し得る定電流源１０と、定電流源１０が一定の拡散電流Ｊを供給するための電源をオン／オフの切り替えをするための第２スイッチ１２とから構成される拡散電流回路１０３を含む。

図２（ａ）のように、第１スイッチ４２をオンにしてコンデンサー３０により半導体２０の一端２２側から他端２４側に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加すると共に、第２スイッチ１２をオンにして定電流源１０により半導体２０の他端２４側から一端２２側へコンデンサー３０により印加される電圧と相殺する方向に拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、図２（ｂ）のように、第１スイッチ４２と第２スイッチ１２とを略同時にオフにして、半導体２０が超伝導状態に転移して室温超伝導体１が得られる。

定電流源１０により半導体２０の他端２４側から一端２２側へ流す拡散電流Ｊは、臨界電流Ｊｃ以上であってもよい。臨界電流Ｊｃ以上の拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、図２（ｂ）のように、第１スイッチ４２と第２スイッチ１２とを略同時にオフにして、拡散電流Ｊが減衰して臨界電流Ｊｃ以下となったところで半導体２０が超伝導状態に転移して、室温超伝導体１が得られる。

この場合、図２（ｂ）に示す本発明の室温超伝導体１に係る超電導状態は、図１（ｂ）の拡散電流回路１０３に示すような定電流源１０より半導体２０に流した拡散電流Ｊが、第２スイッチ１２をオフにして臨界電流Ｊｃ以下となったところで発生している電圧降下を、図１（ａ）のコンデンサー回路１０２に示すコンデンサー３０により半導体２０に印加される電界Ｅによる電圧によって相殺させるようにして発現する。本発明よれば、十分大きい電界を生じる任意の電圧をコンデンサー３０に印加すると共に、半導体２０にも臨界電流Ｊｃよりも大きい任意の拡散電流Ｊを流しておけば、第１スイッチ４２および第２スイッチ１２を略同時にオフにすることによって拡散電流Ｊが臨界電流Ｊｃ以下に減衰し、半導体２０の一端２２と他端２４間の電圧降下はゼロになるにも拘らず臨界電流Ｊｃ以下の電流が流れ続けるという超電導状態を発現する室温超伝導体１を容易に得ることができる。

あるいは、室温超伝導体生成回路１０１において、第１スイッチ４２をオンにしてコンデンサー３０により半導体２０の一端２２側から他端２４側に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加すると共に、第２スイッチ１２をオンにして定電流源１０により半導体２０の他端２４側から一端２２側へコンデンサー３０により印加される電圧と相殺する方向に臨界電流Ｊｃ以下の拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、第１スイッチ４２と第２スイッチ１２とを略同時にオフにしても、拡散電流Ｊが該臨界電流Ｊｃ以下の状態で半導体２０が超伝導状態に転移して室温超伝導体１を得ることができる。

一般に電流は、ドリフト電流と拡散電流とに分類される。ドリフト電流とは、電池の電界によりキャリア電子が仕事を受け運動し、これが電流となるものであり、拡散電流とは、キャリアの電子の濃度の大きい箇所と小さい箇所を作り出し（つまり、濃度の不均一を作り出し）、電子が濃度の大きいところから小さいところに移動する拡散現象を利用して電子を運動させ、電流を作り出すものである。そのため、本発明の室温超伝導体生成回路１０１に係る定電流源１０は、接続している素子（半導体２０）がコンデンサー３０の電界中におかれていても、この電界と逆方向に拡散電流Ｊを流すことが可能である。

したがって、本発明においては、拡散電流回路１０３に用いる定電流源１０の選択が重要である。通常の安価な直流電源は電圧源と電流源の機能を合わせもつものが多いが、この場合電流源は、電流を一定にするために内部に制御フィードバックを内蔵していることがある。したがって、その場合は電流は拡散電流ではなく、ドリフト電流となる。拡散電流源（定電流源１０）としては、トランジスタのコレクタ電流を取り出せばよいので、集積回路等に用いられているカレントミラー回路等が一例として考えられる。

すなわち、本発明に係る拡散電流回路１０３においては、定電流源１０として電流源としてのみ機能する電源を用いており、定電流源１０はトランジスタなどを用いて回路的に構成される。トランジスタのコレクタ電流がその定電流源１０の出力となるため、必然的にその出力電流は拡散電流となる。定電流源１０に接続されている素子（半導体２０）の抵抗値にかかわらず、一定の電流を強制的に流す。

また、本発明の室温超伝導体１において半導体２０は、ｎ型半導体であってもｐ型半導体であってもよい。例えば半導体２０は、市販のＳｉウエハーから絶縁層を取り除いたｎ型半導体であってもよい。半導体２０は、特にその材料物質は限定されない。

さらに、第１極板３２と第２極板３４により構成されるコンデンサー３０は、通常入手可能な一般のコンデンサーであってよい。第１極板３２と第２極板３４の材料は、特に限定されない。

本発明に係る室温超伝導体生成回路１０１は、図３に示すように、コンデンサー３０を構成する第１極板３２と第２極板３４間に挿入した半導体２０の一端２２と他端２４との間に、それぞれ誘電体５０、５０’を挿入してもよい。誘電体５０、５０’は一般的な誘電体であってよく、例えば木片や空気であってもよい。

さらに、図１等において、導線１１２、１１４は、例えば銅線などの、通常の導線であってよく、その材質は特に限定されない。

次に、本発明に係る室温超伝導体１の製造方法について、主として図１（ａ）、（ｂ）および図２（ａ）、（ｂ）を適宜参照して説明する。

本発明に係る室温超伝導体１の製造方法は、図１（ａ）のように、
（１）第１極板３２と第２極板３４とを有するコンデンサー３０と、
第１極板３２と第２極板３４間に電位差を付与するための定電圧源４０と、
定電圧源４０の電源をオン／オフの切り替えをするための第１スイッチ４２と、
から構成されるコンデンサー回路１０２を準備するステップと、
図１（ｂ）のように、
（２）一端２２と他端２４とを有し、上記第１極板３２側に当該一端２２側を、上記第２極板３４側に当該他端２４側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて第１極板３２と第２極板３４間に挿入する半導体２０と、
半導体２０に、コンデンサー３０により第１極板３２から第２極板３４へ印加される電圧と逆方向に他端２４から一端２２へ電圧降下を生じるように一定の拡散電流Ｊを供給し得る定電流源１０と、
定電流源１０が一定の拡散電流Ｊを供給するための電源をオン／オフの切り替えをするための第２スイッチ１２と、
から構成される拡散電流回路１０３を準備するステップと、
図２（ａ）、（ｂ）のように、
（３）コンデンサー回路１０２の第１極板３２と第２極板３４間に、第１極板３２側に一端２２側を、第２極板３４側に他端２４側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて拡散電流回路１０３の半導体２０を挿入した室温超伝導体生成回路１０１を構成するステップと、
（４）室温超伝導体生成回路１０１において、第１スイッチ４２をオンにしてコンデンサー３０により半導体２０に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加するステップと、
（５）室温超伝導体生成回路１０１において、第２スイッチ１２をオンにして定電流源１０により半導体２０にコンデンサー３０により印加される電圧と逆方向に電圧降下を生じるように一定の拡散電流Ｊを流すステップと、
（６）室温超伝導体生成回路１０１を定常状態にするステップと、
（７）第１スイッチ４２と第２スイッチ１２とを略同時にオフにして、拡散電流Ｊが臨界電流Ｊｃ以下の状態で半導体２０が超伝導状態に転移した室温超伝導体１を得るステップと、
を含む。

ステップ（３）の室温超伝導体生成回路１０１において、第１極板３２と一端２２間と、第２極板３４と他端２４に、それぞれ誘電体５０、５０’を挿入してもよい。上述のように、誘電体５０、５０’は一般的な誘電体であってよい。

ステップ（４）の、コンデンサー回路１０２においてコンデンサー３０の第１極板３２と第２極板３４間に電位差を付与する工程は、図１（ａ）のようにコンデンサー３０を導線１１４を介して定電圧源４０に接続し、第１スイッチ４２をオンにして定常状態となるまで両極版に電荷をチャージする。定電圧源４０は特に限定されず、市販の電池であってもよい。

ステップ（５）、（６）において、コンデンサー３０により半導体２０に印加される電圧を臨界電界Ｅｃ以上の電界Ｅによる電圧とし、この半導体２０に生じる電界Ｅに逆らって臨界電流Ｊｃ以上の拡散電流Ｊを半導体２０に流し、定常状態を得る。あるいは、半導体２０に臨界電流Ｊｃ以下の拡散電流Ｊを流して定常状態を得てもよい。

ステップ（７）において、第１スイッチ４２と第２スイッチ１２とを略同時にオフにすると、第１極板３２と第２極板３４にチャージは残るが、定電流源１０から強制的に臨界電流Ｊｃ以上の拡散電流Ｊが流されていた場合でも、この拡散電流Ｊは減衰して臨界電流Ｊｃ以下となる。そこで半導体２０の一端２２および他端２４間の電圧降下と印加電圧が打ち消し合って半導体２０が超伝導状態に転移し、室温超伝導体１を得ることができる。

あるいは、ステップ（７）において、半導体２０に臨界電流Ｊｃ以下の拡散電流Ｊが流されていた場合でも、この拡散電流Ｊは臨界電流Ｊｃ以下の状態のまま半導体２０が超伝導状態に転移して室温超伝導体１を得ることができる。

以上、本発明に係る室温超伝導体１およびその製造方法について説明したが、以下にその実施例について説明する。

図１（ａ）のように、銅極板である第１極板３２と第２極板３４から成るコンデンサー３０を導線１１４を介して定電圧源４０に接続し、コンデンサー回路１０２を構成した。また、Ｓｉのディスク状ｎ型半導体２０の一端２２と他端２４とを導線１１２を介して定電流源１０に接続し、拡散電流回路１０３を構成した。コンデンサー回路１０２と拡散電流回路１０３とが結合した室温超伝導体生成回路１０１は、図３のように、コンデンサー３０の第１極板３２と第２極板３４間に、半導体２０を間に挟支して誘電体５０、５０’を挿入して構成した。誘電体５０、５０’は薄い木片とした。ディスク状ｎ型半導体２０の抵抗値、半径、厚さは、それぞれ３５０Ω、６２．５ｍｍ、０．６ｍｍであった。

次に、第１スイッチ４２をオンにして、コンデンサー３０の第１極板３２から第２極板３４間へ１Ｖの電圧を付与した。また、第２スイッチ１２をオンにして、定電流源１０より半導体２０の他端２４から一端２２へ、コンデンサー３０から半導体２０に印加される電界Ｅによる電圧と逆方向に電圧降下を生じるように、一定の拡散電流Ｊ＝１（μＡ）を流した。十分な時間の経過後、定常状態が得られ、この定常状態において第１スイッチ４２と第２スイッチ１２とを略同時にオフにした。

図２（ｂ）のように電圧計１１０を接続して、半導体２０の一端２２と他端２４間の電位差Ｖを計測すると、図４（ａ）、図４（ｂ）のグラフを得た。これらのグラフは、再現性の確認のため、それぞれ別の日時に行った実験結果を表すものである。横軸が時間、縦軸が半導体ディスクのオーミックな電圧である。

特許文献１で開示された回路では、コンデンサー回路１０２の第１スイッチ４２をオフにした後も、定電流源１０より半導体２０に一定の拡散電流Ｊ＝１（μＡ）を供給し続けたため、半導体２０の一端２２と他端２４間の電圧がゼロとなる状態は得られたものの、非常に不安定であった。しかし、本発明に係る室温超伝導体生成回路１０１においては、第１スイッチ４２と共に第２スイッチ１２とを略同時にオフにして、半導体２０への拡散電流Ｊの供給をストップした。こうして半導体２０へのエネルギーの供給が断たれたため、室温超伝導体生成回路１０１は安定し、半導体２０の一端２２と他端２４間の電圧がゼロにも拘らず超伝導電流が流れ続ける安定した超伝導体１を得ることができた。

図４（ａ）、図４（ｂ）から分かるように、直流であるにも関わらず負電圧が発生している。これをv_lnとする。負荷にはv_lnが現れる。臨界電流Ｊｃは特許文献１で示唆したように１０μＡで、上記実験では１μＡを通電している。この負電圧の発生は、マイスナー効果が現れたことを表している。マイスナー効果とは、超電導体が外部から磁界を受けた際に超電導体内部から磁界が排除される現象である。

すなわち、トータル電界を

とする。ここで、φおよびAはそれぞれスカラーポテンシャルとベクトルポテンシャルである。デバイスの原理より、トータル電界はゼロになるので、

左辺と右辺の両方が新電界に相当する。

[数３]式は電磁誘導則なので、

したがって、

K_i0はデバイスを動作させる前の通常通電の磁束であり、正定数である。E_mの勾配の式と併せて、

測定より負電界が観測されているので、時間経過後に

となり、内部磁束密度がゼロになることが示される。つまり、負電圧の発生後に超伝導状態が発現する。

実施例１と回路素子を同条件として、図６のように抵抗１１１を図２（ａ）の回路に加えて、定電流源１０より半導体２０の他端２４から一端２２へ、コンデンサー３０から半導体２０に印加される電界Ｅによる電圧と逆方向に電圧降下を生じるように、一定の拡散電流Ｊ＝３００（μＡ）を流した。十分な時間の経過後、定常状態が得られ、半導体２０に流れる電流は約３０μＡ、半導体２０の他端２４と一端２２間の電圧降下は約１０ｍＶ〜１５ｍＶを得た。この定常状態において第１スイッチ４２と第２スイッチ１２とを略同時にオフにした。

図６のように電圧計１１０を接続して、半導体２０の一端２２と他端２４間の電位差Ｖを計測すると、上記定常状態から図４（ａ）、図４（ｂ）と同様に半導体２０の他端２４と一端２２間の電圧降下が減少し、負電圧となってから定常的にゼロとなった。特許文献１より、臨界電流Ｊｃは１０μＡ程度であるので、本発明に係る室温超伝導体の製造方法のように第１スイッチ４２と第２スイッチ１２とを略同時にオフにすれば、予め半導体２０に流す拡散電流Ｊが臨界電流Ｊｃ以上であっても、半導体２０の一端２２と他端２４間の電圧がゼロにも拘らず超伝導電流が流れ続ける超伝導体１を得ることができた。

この現象は、第２スイッチ１２をオフにすることにより、定電流源１０より供給されていた拡散電流Ｊが臨界電流Ｊｃ以下に減衰し、半導体２０がＪｃ以下の拡散電流Ｊの状態において超電導状態に転移したと考えることができる。

図５は実施例２の方法でできた半導体２０（室温超伝導体１）に１Ｔのネオジウム磁石の静磁界を印加し、本発明に係る室温超伝導体１の開放電圧を測定したものである。半導体２０（室温超伝導体１）の上下に１Ｔのネオジウム磁石を対にして配置したので、半導体２０（室温超伝導体１）には上下方向に略均一な磁場が印加されている。

半導体２０（室温超伝導体１）に印加された磁場は静磁界であるにも拘わらず、図５より、半導体２０（室温超伝導体１）から電流が放射されていることが分かる。このことからも、電圧源と電流源のスイッチを両方切った後は、半導体内部で永久電流とインダクタンスが生じていることがわかる。図５は、永久電流による半導体内部のインダクタンスによる蓄積エネルギーが解放されていることを示している。理論的な計算からは、この内部の磁束は量子化されており、磁束量子であることが示せる。なお、上記臨界電界Ｅｃも理論計算により導出可能であるが、本明細書では割愛することとする。

以上、本発明に係る室温超伝導体およびその製造方法について、実施形態、実施例を用いて説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではない。本発明の拡散電流回路を構成する半導体、定電流源、コンデンサーの種類、材料、大きさ等は特に限定されず、その他誘電体や導線等もあらゆる限定を受けない。また、本発明の拡散電流回路を用いた電気抵抗を生じない電流を流す方法についても、温度（室温程度）、湿度、地磁気等の実験環境の影響を殆ど受けない。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

本発明に係る室温超伝導体およびこれを用いた電気抵抗を生じない電流を流す方法は、広く送電線や電子・電気機器等の導線を用いるあらゆる機器に利用することが出来る。

１：本発明に係る室温超伝導体
１０：定電流源
１２：第２スイッチ
２０：半導体
２２：一端
２４：他端
３０：コンデンサー
３２：第１極板
３４：第２極板
４０：定電圧源
４２：第１スイッチ
５０、５０’：誘電体
１０１：本発明に係る室温超伝導体生成回路
１０２：コンデンサー回路
１０３：拡散電流回路
１１０：電圧計
１１１：抵抗
１１２、１１４：導線

Claims (6)

1. 第１極板と第２極板とを有するコンデンサーと、
   前記第１極板と前記第２極板間に電位差を付与するための定電圧源と、
   前記定電圧源の電源をオン／オフの切り替えをするための第１スイッチと、
   から構成されるコンデンサー回路、および、
   一端と他端とを有し、前記第１極板側に該一端側を、前記第２極板側に該他端側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて該第１極板と該第２極板間に挿入する半導体と、
   前記半導体に、前記コンデンサーにより前記第１極板から前記第２極板へ印加される電圧と逆方向に前記他端から前記一端へ電圧降下を生じるように一定の拡散電流を供給し得る定電流源と、
   前記定電流源が一定の拡散電流を供給するための電源をオン／オフの切り替えをするための第２スイッチと、
   から構成される拡散電流回路
   を含む室温超伝導体生成回路において、
   前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサーにより前記半導体の前記一端側から前記他端側に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加すると共に、前記第２スイッチをオンにして前記定電流源により該半導体の該他端側から該一端側へ該コンデンサーにより印加される電圧と相殺する方向に拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、該第１スイッチと前記第２スイッチとを略同時にオフにして、該半導体が超伝導状態に転移して得られる室温超伝導体。
2. 前記室温超伝導体生成回路において、
   前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサーにより前記半導体の前記一端側から前記他端側に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加すると共に、前記第２スイッチをオンにして前記定電流源により該半導体の該他端側から該一端側へ該コンデンサーにより印加される電圧と相殺する方向に臨界電流Ｊｃ以上の拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、該第１スイッチと前記第２スイッチとを略同時にオフにして、該拡散電流Ｊが該臨界電流Ｊｃ以下に減衰して前記半導体が超伝導状態に転移して得られる請求項１に記載の室温超伝導体。
3. 前記室温超伝導体生成回路において、
   前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサーにより前記半導体の前記一端側から前記他端側に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加すると共に、前記第２スイッチをオンにして前記定電流源により該半導体の該他端側から該一端側へ該コンデンサーにより印加される電圧と相殺する方向に臨界電流Ｊｃ以下の拡散電流Ｊを流して定常状態を得た後、該第１スイッチと前記第２スイッチとを略同時にオフにして、該拡散電流Ｊが該臨界電流Ｊｃ以下の状態で前記半導体が超伝導状態に転移して得られる請求項１に記載の室温超伝導体。
4. 前記半導体は、ｎ型半導体またはｐ型半導体である請求項１に記載の室温超伝導体。
5. 前記コンデンサーを構成する前記第１極板と前記第２極板間に挿入した前記半導体の前記一端と前記他端との間に、それぞれ誘電体を挿入した請求項１または２に記載の室温超伝導体。
6. 第１極板と第２極板とを有するコンデンサーと、
   前記第１極板と前記第２極板間に電位差を付与するための定電圧源と、
   前記定電圧源の電源をオン／オフの切り替えをするための第１スイッチと、
   から構成されるコンデンサー回路を準備するステップと、
   一端と他端とを有し、前記第１極板側に該一端側を、前記第２極板側に該他端側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて該第１極板と該第２極板間に挿入する半導体と、
   前記半導体に、前記コンデンサーにより前記第１極板から前記第２極板へ印加される電圧と逆方向に前記他端から前記一端へ電圧降下を生じるように一定の拡散電流を供給し得る定電流源と、
   前記定電流源が一定の拡散電流を供給するための電源をオン／オフの切り替えをするための第２スイッチと、から構成される拡散電流回路を準備するステップと、
   前記コンデンサー回路の第１極板と第２極板間に、該第１極板側に前記一端側を、該第２極板側に前記他端側を符合させ、それぞれ電気的に絶縁させて前記拡散電流回路の前記半導体を挿入した室温超伝導体生成回路を構成するステップと、
   前記第１スイッチをオンにして前記コンデンサーにより前記半導体に臨界電界Ｅｃ以上の電界による電圧を印加するステップと、
   前記第２スイッチをオンにして前記定電流源により前記半導体に前記コンデンサーにより印加される電圧と逆方向に電圧降下を生じるように一定の拡散電流Ｊを流すステップと、
   前記室温超伝導体生成回路を定常状態にするステップと、
   前記第１スイッチと前記第２スイッチとを略同時にオフにして、前記拡散電流Ｊが臨界電流Ｊｃ以下の状態で前記半導体が超伝導状態に転移した室温超伝導体を得るステップと、
   を含む、室温超伝導体の製造方法。
   
   

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