40年前の春、IBMチューリッヒ研究所の2人の研究者が、バリウム、ランタン、銅、酸素を混ぜ合わせ、あり得ないはずの現象を測定した。J. Georg BednorzとK. Alex Müllerは、セラミックが35ケルビンで電気抵抗を失い始めることを発見した。これは従来の記録より50%も高く、超伝導の候補として誰も考えたことのない材料クラスでの出来事だった。この発見は1987年にノーベル賞を受賞し、史上最速の授与となった。
今月、MITとバーゼル大学のチームが、これもまた独自の方法で「あり得ない」はずの発見を発表した。菱面体5層グラフェン（純粋な炭素、原子層5層分の厚さ）において、彼らは強力な磁場に耐えるだけでなく、磁場によって強化される超伝導を発見した。MITのLong Ju氏とバーゼル大学のDominik M. Zumbühl氏が率い、6月29日にNatureに掲載された論文では、面内磁場8.5テスラまで耐える3つの異なる超伝導状態が報告されている。これは従来の超伝導体の理論限界を数十倍も超える値である。
40年の隔たりのある2つの論文は、単一のテーマで結ばれた分野を象徴している。すなわち、自然は電子を無抵抗で流す新しい方法を見つけ続けており、その仕組みを完全に説明することを拒み続けている。
周年記念
この40周年は、カリフォルニア大学デービス校のInna Vishik氏とWarren Pickett氏によるNatureの回顧記事で祝われた。その年表はマイルストーンを辿る：1986年のBednorzとMüllerによる35 Kの銅酸化物、1987年の93 KのYBa₂Cu₃O₇（液体窒素の沸点以上で動作する初めての超伝導体）、1993年の135 KのHgBa₂Ca₂Cu₃O₈（現在も常圧記録保持者）、2008年の鉄系超伝導体、2019年の超高圧下での250 K水素化物。
40年を経ても、最も深遠な問題は未解決のままである。銅酸化物における高温超伝導の微視的メカニズムは今も解明されていない。有力な候補であるスピン揺らぎ、電荷密度波、Andersonの共鳴原子価結合理論は、それぞれパズルの一部を説明するが、すべてを説明できるものはない。銅酸化物の常時状態は「ストレンジメタル」であり、その電気的特性は従来のフェルミ液体理論では説明できない規則に従う。
新しいプラットフォーム
菱面体グラフェンは、これらの問題に全く異なるアプローチを提供する。化学的に複雑で多元素の酸化物であり、その内在的な乱れや合金散乱が基礎物理学を曖昧にしてしまう銅酸化物とは異なり、5層グラフェンは結晶性炭素であり、原子的に完全で、クリーンリミットで、調整可能である。
MIT-バーゼルチームは、SC2、SC3、SC4と名付けられた3つの異なる超伝導状態を特定した。SC2は面内磁場によって強化される。これは直感に反する。なぜなら磁場は通常、ゼーマン効果を通じてクーパー対を破壊するからである。SC3は小さな面外磁場によって促進される。SC4は磁場自体によって誘起される。すなわち、超伝導は磁場が印加されたときにのみ現れる。
そのメカニズムは時間反転対称性の破れにある。従来のBCS超伝導体では、磁場は超伝導ギャップと競合するゼーマンエネルギーを及ぼし、ゼーマンエネルギーがギャップを超えると対が壊れる。これらのグラフェン状態の臨界温度が約110〜300ミリケルビンであることを考慮すると、パウリ常磁性限界は約0.2〜0.56テスラとなる。8.5テスラでの生存が観測されたこと、すなわち理論限界の40〜85倍は、スピン三重項または軌道媒介によるペアリングがゼーマン対破壊に対して根本的に免疫であることを示している。
これらのグラフェンデバイスの常時状態は、スピンとバレーの両方の自由度が偏極したクォーターメタル相である。磁場はこれらを整列させ、超伝導ペアリングを抑制するどころか促進する。
二つのフロンティア
銅酸化物周年回顧記事は、室温常圧超伝導が依然として達成困難であることを認めて締めくくられている。グラフェンの論文は別の地平で締めくくられている。すなわち、フォールトトレラントなトポロジカル量子コンピューティングのための非アーベル準粒子である。2つの目標は競合するものではなく、より高い臨界温度を追求する単一の目標から、非従来型超伝導が可能にするもののより広範な探求への分野の進化を反映している。
MIT-バーゼルチームは本論文で別の進歩も達成した。遷移金属ダイカルコゲナイド層との近接効果を通じてスピン軌道結合を取り入れることで、乱れを導入することなく複数の新しい超伝導状態を生成した。これはトポロジカル状態が超伝導と共存し、不純物によって破壊されないために重要な要件である。
40年にわたる探求は、一つのことを決定的に証明した。超伝導は私たちを驚かせることをやめていない。次の10年で、BednorzとMüllerが1986年に開いた問いにようやく答えが出るかもしれない。あるいは、まだ誰も問うていない全く新しい問いが開かれるかもしれない。
出典：
Seo J, Cotten AA, Ye S, et al. Family of magnetic field-boosted superconductors in rhombohedral graphene. Nature. 2026年6月29日オンライン公開. doi:10.1038/s41586-026-10815-x
Vishik I, Pickett W. Forty years of high-temperature superconductivity. Nature. 2026;654:873-874. doi:10.1038/d41586-026-01801-4