超伝導の限界に新理論(New Theory Explains the True Upper Limit of Conventional Superconductivity)

2025-11-18 韓国基礎科学研究院(IBS)

本研究は、従来型超伝導(電子‐フォノン媒介)において、理論的には無制限に高められると考えられてきた電子‐フォノン結合定数 λ に実は「運動論的な上限」が存在し、これが臨界温度 Tc に対する真の上限を与えることを示した。λ を強めすぎると、電子とフォノンが熱平衡を維持できず、微小な非平衡ゆらぎが増幅される動的不安定性が発生し、電子準粒子重み Z(E) が負になる。この不安定性は比熱が負になるより早く現れ、従来のフォノン軟化やポラロン、CDW 的崩壊とは異なる新しいタイプの破綻である。結果として、λ の上限は Tc の上限を定めることになり、これは高圧下の水素化物が示す非常に高い Tc を依然許容するが、無限の上昇は不可能である。本成果は、実験において準粒子重みや比熱の異常が上限接近の指標となることを示し、現実に到達し得る Tc を見極める基盤を提供する。

超伝導の限界に新理論(New Theory Explains the True Upper Limit of Conventional Superconductivity)
Figure 1. As the electron-lattice interaction gets very strong, there’s a tipping point where tiny ripples don’t fade – they snowball. The earliest warning is a change in the electrons’ “weight” signature (i.e., Z0-1(E) becoming negative), showing the system can no longer restore calm. Push further, and even the electronic heat capacity flips sign (see Fig. 2) – but the runaway starts earlier, setting a real, physical ceiling on how high superconducting Tc.

<関連情報>

強い電子-フォノン相互作用に関する金属の不安定性 Instability of Metals with Respect to Strong Electron-Phonon Interaction

Emil A. Yuzbashyan, Boris L. Altshuler, and Aniket Patra
Physical Review Letters  Published: 8 July, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/sf5p-2g5l

Abstract

We show that thermal equilibrium between conduction electrons and phonons becomes kinetically unstable when the renormalized electron-phonon coupling exceeds a certain threshold. We prove that negative electronic specific heat, el<0, is sufficient to trigger the instability. Specifically, the instability sets in as soon as the quasiparticle weight becomes negative over a range of energies, even before el turns negative. This is an inherently nonequilibrium phenomenon, occurring prior to the formation of any equilibrium phase. Depending on the system, it can proceed along different pathways, ultimately resulting in a structural transition to an insulating or metallic state.

1701物理及び化学
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました