パリのProteox：エコール・ポリテクニークの最先端量子研究室に潜入

「超伝導特性を示すこれらの 量子物性は、まだ完全には解明されていません。超伝導を観測することはできますが、その起源を説明することはできません」とGrissonnanche博士は説明します。「私たちは、その理由と方法を探っています。なぜ電子は、材料に新たなエキゾチックな性質をもたらすような振る舞いをするのか、そしてその物理をどのように説明できるのか？」

撮影：J. Barande © エコール・ポリテクニーク

革命的なインパクトを与えるアプリケーション

チームの最終的な目標は野心的ですが明確です：これらの電子の基本的な振る舞いを理解することで、将来的に現代生活に革命的な影響を与える超伝導材料を設計できると期待しています。

超伝導体は、一般的に使用されている銅やアルミニウムの電線に比べて、より効率的に電気を発生させ、蓄え、運ぶことができます。 エコール・ポリテクニークに研究室を立ち上げる前、Grissonnanche博士はカナダのケベックで非従来型超伝導体に関する博士号を取得しました。 彼の研究の多くは、エネルギーの最適化に関するものでした。

超伝導体は、銅やアルミニウムの導線に比べて、電気の生成、貯蔵、伝送においてより効率的な方法を提供します。グリソンナンシュ博士は、エコール・ポリテクニクに研究室を設立する前に、カナダ・ケベックで非従来型超伝導体に関する博士号を取得しました。彼の研究の大部分は、エネルギーの最適化に捧げられてきました。

ケベック州は多くのダムを有し、水力発電を大量に生成していますが、消費者に送電する際、抵抗により多くの電力が損失しています。ケーブルを超伝導体で置き換えることで、抵抗がゼロになり、電力損失がほぼゼロになります。

超伝導体はまた、核融合炉で数百万度のプラズマを閉じ込めるのに必要な強力な磁場を発生させるのに不可欠な部品であり、新たなクリーン・エネルギー源を切り開く可能性を秘めています。また、エネルギーの貯蔵にも利用できる可能性があります。

Grissonnanche博士は言います。「オックスフォード・インストゥルメンツが製作している超伝導マグネットは、大量のエネルギーを蓄えることで高い磁場を作り出しています。しかし、その超伝導特性を維持するために、マグネットを低温に保つためにも多くのエネルギーが使われています。もし室温で動作する超伝導体があれば、電池のように容易に扱えるでしょう。」

エネルギーだけでなく、超伝導はまた量子コンピューターの主要な核となる技術です。チームが研究しているエキゾチック超伝導体が、将来より優れた量子ビットの開発につながるかもしれません。

高度な実験手法のための最適な装置

チームは、単に電気的特性を測定するのではなく、熱輸送計測を専門としています。熱を物質に導入し、それが物質中をどのように伝わるかを観測しています

世界トップクラスの信頼性の高いCryofree®マグネットシステムを数十年にわたって提供してきたオックスフォード・インストゥルメンツは、自ずとこのプロジェクトのパートナーとなりました。チームの複雑な実験方法を実現するために、Grissonnanche 博士は14テスラの高磁場超伝導マグネットを搭載したProteoxMXとTeslatronPTを採用しました。共通の磁場を持つこれら2つのシステムにより、高磁場下で室温からミリケルビンという広範な温度領域の実験環境を実現しました。

写真：J. Barande © エコール・ポリテクニク

「熱輸送実験は要求が高く、通常、極限状態での挑戦です」とGrissonnanche博士は言います。「しかし、物質の熱特性は、10mKの温度になるとシンプルになり解釈も容易になります。」

ProteoxMX希釈冷凍機は、この研究において強力なツールです。この装置は10 mK未満の極低温を達成し、量子現象がより明確に現れるため、観測しやすく、最終的に理解しやすくなります。

ProteoxMXと組み合わせて使用するのは、研究所のTeslatronPT無冷媒超電導マグネットシステムです。「私たちの実験の約80%でTeslatronPTを使用しています。これは絶対に不可欠な装置です。その高い磁場を利用して超伝導体をオン/オフできるため、量子現象をより精密に制御し、電子の挙動を深く理解できるからです」

無限の可能性

Grissonnanche博士がProteoxMXを選んだ理由は、その技術的優位性に加えセカンダリー・インサート機能による柔軟性と将来的なアップグレードの可能性でした。研究室はまだ設立間もない段階ですが、研究チームは将来に向けた野心的な計画を掲げています。

「エコール・ポリテクニックに設立した研究室を本当に誇りに思っています。ProteoxMXは、その将来の発展を支えてくれるでしょう。Proteoxのような高度に技術的な機器に投資することは大きな決断です。研究者として、考慮しなければならないことはたくさんありますが、現在の研究領域と将来の拡張性への投資であると考えています。」

その名前は、形を変えたり変身したりする能力で知られる古代ギリシャの海神プロテウスにちなんで命名されたProteox希釈冷凍機ファミリーは、アップグレード、構築、拡張が可能なオプションを備え、この適応性の精神を具現化しています。

エコール・ポリテクニクの研究室は、ヨーロッパにおける基礎量子研究への重要な投資の一部を構成し、ヨーロッパの量子研究のグローバルな基準を体現しています。

Grissonnanche博士と彼のチームが取り組む研究は、基礎物理学の発展に対する欧州の取り組みを示すと同時に量子研究にかかわるフランスなどの諸国に現代の最もエキサイティングな発見の一端を担う機会があることを示しています。