マティアスが支配する

物理学において、マティアスの法則とは、超伝導体を発見する方法に関する歴史的な経験的ガイドラインを指します。これらの法則は、1950年代から1960年代にかけてこれらの原理を使用して何百もの超伝導体を発見したベルント・T・マティアスによって考案されました。これらの法則からの逸脱は、1970年代末以降、非従来型超伝導体の発見とともに発見されました。

超伝導は、 1911年にハイケ・カメリング・オンネスとジル・ホルストによって固体水銀で初めて発見されました。彼らは絶対零度に近い温度に到達する新しい技術を発明しました。 ^{[1] [2] [3]}

その後の数十年で、他のいくつかの材料でも超伝導が発見されました。1913 年には7 K で鉛、1930 年代には10 K でニオブ、1941 年には16 K で 窒化ニオブが発見されました。

1933年、ヴァルター・マイスナーとロバート・オクセンフェルトは、超伝導体が印加磁場を放出することを発見しました。この現象はマイスナー効果として知られるようになりました。

ベルント・T・マティアスとジョン・ケネス・ハルムは、1950年代にエンリコ・フェルミの勧めで、さまざまな元素や化合物における超伝導体を探す体系的な実験調査を開始した。このため、彼らはマイスナー効果に基づく技術を開発した。^{[4] [5]}

マティアスは1954年、セオドア・H・ゲバレと共同で、ニオブ・スズ（Nb ₃ Sn）の超伝導を発見し、記録を破った。この超伝導は、約18 Kという、これまでで最も高い転移温度を示した。 ^{[6] [5]}その後、マティアスは超伝導合金を見つけるための一般的な経験的特性を見つけようとした。同年、彼は「マティアスの法則」として知られるようになった有名なガイドラインの最初のバージョンを発表した。^{[5] [7]}マティアスは1962年に、彼の法則からの逸脱の一部は、材料の不純物や欠陥によるものであることを示すことができた。 ^{[5]彼の法則を使用して、マティアスと共同研究者は1965年に、}ニオブ・ゲルマニウム（Nb ₃ Sn）の臨界温度が20 Kを超える記録的な温度であることを発見した。^{[8] [9]}

マティアスは1957年に彼の規則の最初の概要を発表しました。^{[5] [10]超伝導の成功した微視的理論は、}ジョン・バーディーン、レオン・クーパー、ジョン・ロバート・シュリーファーによるBCS理論の発展によって同年まで登場しませんでした。^[11]

ゲバレとマティアスは1970年に「超伝導の理論的理解に挑戦し、高磁場超伝導体の技術を開拓した共同実験研究」によりオリバー・E・バックリー凝縮物質賞を受賞した。 ^[12]

マティアスの法則の最初の逸脱の一つは、硫化モリブデン とセレン化物における超伝導の発見でした。マティアスは1976年にロチェスターで開催された超伝導に関する会議で、これらの物質も対象に含めるという追加の基準を提唱しました。^[13]

マティアスの規則に反するもう一つの現象は、1979年にフランク・シュテッリッヒ^[14]による重い電子超伝導体の発見によって現れました。この発見では、マティアスの規則に反して、磁性が役割を果たすと予想されました^{[15] 。}

マティアスは、 1986年にゲオルク・ベドノルツとK・アレックス・ミュラーによって高温超伝導体が発見されるまで、発見された最高臨界温度超伝導体の記録を保持していました。^{[5] [16] [17] [18]}

マティアスの規則は低温超伝導体を見つけるための一連のガイドラインですが、マティアスによってリスト形式で提供されたことはありません。

これらのルールの一般的な要約版は次の通りです: ^{[19] [20] [15] [8]}

1. 高い対称性は良いですが、立方対称性が最適です。
2. 電子状態密度が高いほど良いです。
3. 酸素から離れてください。
4. 磁気から離れてください
5. 絶縁体から離れてください。
6. 理論家からは離れてください!

ルール2は、酸化物のような金属-絶縁体転移に近い物質を除外します。ルール4は、強磁性または反強磁性に非常に近い物質を除外します。^[18]ルール6は公式のルールではなく、当時の理論に対する懐疑心を示すために追加されることが多いです。^[15]

マティアスが述べた他の同等の原理は、主にd電子金属、すなわち価電子の平均数（好ましくは3、5、7の奇数）と高電子密度またはフェルミ準位での高い電子状態密度で動作することを示している。^[18]

1976年にマティアスはモリブデン化合物の偏差のため、「モリブデン単独とは全く反応しない元素がMo ₃ S ₄およびMo ₃ Se ₄、SまたはSeと超伝導化合物を形成する」という基準を追加しました。^[15]

マティアスの法則はどれも完全には有効ではないことが証明されていると主張されている。^{[19]特にこの法則は}高温超伝導体には有効ではないため、これらの材料には代わりの法則が提案されている。^{[18] [19]}