隨着各種電子器件性能的提高，對透過磁場或電場等來改變熱導率的材料的需求也變得越來越強烈。其中，透過磁場或磁化進行「磁熱切換」的材料開發正在推進之中。但此前要實施在切斷磁場後仍能維持由磁場導致的熱導率變化，也即「非揮發性磁熱切換」卻十分困難。
東京都立大學研究生院理學研究科的水口佳一副教授及其研究團隊將重點放在錫（Sn）和鉛（Pb）完全分離的複材——Sn-Pb焊料上。在沒有外部磁場的情況下，將焊料冷卻至約零下265度以下時，研究團隊觀察到了超導材料的特性——即完全排除外部磁場的「完全抗磁性」，同時熱導率也降低了。之後施加磁場時，Sn和Pb都不再處於超導狀態，熱導率升高。通常，在這種狀態下如果移除磁場，材料會再次恢復到超導狀態。而由於Sn和Pb完全分離的焊料特性，Pb恢復到了超導狀態，而Sn則由於部分磁通在移除磁場後仍然殘留的「磁陷阱現象」失去超導性，變成了磁性材料。由此，消磁後依靠Sn的高熱導率，整個焊料維持高熱導率狀態，成爲非揮發性磁熱切換材料。
本次研究的概念圖：Sn-Pb焊料在冷卻至超導狀態（a）後，施加磁場變爲非超導狀態（b），之後移除磁場後的焊料狀態（c）。研究表明，Sn中產生的「磁陷阱現象」，使焊料失去超導性變成磁性材料，使得焊料變成兼具Pb的超導性和Sn的磁性的非揮發性磁熱切換材料。
這種現象是由於焊料是由兩種超導體以完全相互分離狀態構成的複材所致，因此不僅限於焊料，在其他展示超導性的複材中也有可能出現。本次結果僅在焊料的超導轉變溫度低於約零下265度時出現，但透過將此技術應用於超導轉變溫度較高的材料，則有望開發出能夠在更高溫度下工作的新型熱切換技術。（TEXT：原 繪里香）
原文：JSTnews 2024年6月刊
翻譯：JST客觀日本編輯部
