貴金属(金銀銅)はどうして超伝導にならないのか、
すみませんが、お願いいたします。

最近、金がなったとかいう話も聞いたような、、、
違ったかな。

犬の骨が理由なんてことはありませんよねえ。

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A 回答 (6件)

少し古いですが関連する記事を見つけましたので参考にしてください。


パリティの1993年No.8の、p20~p21です。
書いてあることをまとめると以下のようになります。

・貴金属(金銀銅)が0.1mK以上で超伝導にならないのは、フェルミエネルギーにおける電子状態密度が小さく、電子-フォノン相互作用が弱いからである。
・Rh(Tc=325μK)のTcが低いのは、おそらく交換相互作用によって、常磁性体におけるスピンのゆらぎが増強されるためだろう。
・Pd、Ptが約0.1mKまで超伝導転移は見出されていない。これはスピンのゆらぎがはるかに強いからである。
・おそらく純粋な金では超伝導が存在するに違いない。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。是非図書館で読みたいと思います。
やはり、金はなるわけですか。益田先生の退官記念講演
が紹介されているweb(内容はよく覚えていないのですが、、)に、
やはり、「金の超伝導」という小項目があったので、それだけ
覚えていたのです。
大変勉強になりました。これからもよろしくお願いいたします。

お礼日時:2002/03/05 10:37

> >>硬くても


> そうですね。デバイ温度は比例するだけなので、なるかならないか
> を決めるのは指数関数の上の相互作用の方だというわけですね。

そのとおりですが、ひょっとして相互作用の方が硬さと何か関係があったりしないかなと少し気にはなりますが・・・

> >>Pt
> 白金は磁化の温度変化も大きいし、多少遍歴的なのかな、と思った
> のですが、これも他の白金族で超伝導になっているという
> ことですから、多分、理由にはならないわけですね。

あっ、そういう意味ですか。そういうことでしたら「Ptは、dが抜けているから」というのは正解のような気がします。

以下ちょっと自信がないですが・・・
遍歴電子系(と言っていいのかな?)のPt(特にPd)は電子間のスピンが同じ向きにそろう傾向があるようですので、通常スピンが逆向きの電子がクーパー対(s波)を作ることを考えると、超伝導にはなりにくそうです(p波対は出来てもいいのかも)。
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siegmund です.


もう蛇足ですが...

> やわらかくて超伝導になる物質として、In(3.4)、Pb(7.2)、Sn(3.7)
> といったものがありますので(括弧内の数字は転移温度で、単位はK)
In は少なくとも室温ではずいぶん軟らかいです.
ボールペンのお尻で押すくらいで簡単に変形します.
電極にリード線を圧着するのに使われたりします.

http://www-miyakelab.mp.es.osaka-u.ac.jp/COE/kou …
に単体元素の超伝導の表が載っています.ちょっと古いのが難ですが.
この表を見ると,Cs も加圧下で超伝導になるようですね.
へ~,アルカリ土類は Mg の他は超伝導になるんだ.
Fe も高圧下で超伝導が見つかったので,Cr,Mn,Co,Ni も可能性がありそうです.
あとは貴金属と希ガスか.

う~ん,超高圧というのは恐ろしいですね.
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この回答へのお礼

そうでした。半田もなるくらいですから、柔らかいのは、
影響は少ない(というより、そんなに単純でない?)と思って
いいようですね。

>>単体元素の表
Tcの表(もちろん、これも勉強になりました)よりも、
(教えていただいた表をたぐって行った所に)
ビッグな名前が勢ぞろいしていてびっくりしました。

お礼日時:2002/02/22 14:37

「たとえ硬くても、電子-フォノン結合が弱いからならない」の後半はいいのですが、前半の「硬くても」というところは私はよくわかりません。

やわらかくて超伝導になる物質として、In(3.4)、Pb(7.2)、Sn(3.7)といったものがありますので(括弧内の数字は転移温度で、単位はK)。アルカリ金属が超伝導にならないのは、これもたぶん電子-フォノン結合が弱いからと思うのですが。

それから、参考までに白金族の超伝導体の転移温度をあげておきます。転移温度は低めですね。
 Ru:0.49K
 Rh:0.0003K <-- 抜けてました。
 Os:0.65K
 Ir:0.14K

> Ptは、dが抜けているから、ならなくてOKと思い込んでいましたが、

の件ですが、d電子が抜けて磁気モーメントを持っているから超伝導にならないということでしょうか。しかしPtは磁気モーメントは持っていないと思うのですが。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
>>硬くても
そうですね。デバイ温度は比例するだけなので、なるかならないか
を決めるのは指数関数の上の相互作用の方だというわけですね。

>>Pt
白金は磁化の温度変化も大きいし、多少遍歴的なのかな、と思った
のですが、これも他の白金族で超伝導になっているという
ことですから、多分、理由にはならないわけですね。

お礼日時:2002/02/22 14:28

私は超伝導の分野は専門家といわざるを得ない立場にあるのですが、あまりたいしたことは言えません。

このあたりは勉強不足です。部屋にある本をひっくり返して、わかったところを回答します。

貴金属は通常、金、銀、白金族を指しますが、「貴金属は超伝導にならない」と言うときは、おっしゃるように金銀銅を指します。参考までに、白金族のRu、Os、Irは超伝導になります。

通常、超伝導は、フォノンによる電子間の引力でクーパー対を作ることによって発現します。ですから、高い転移温度を持つためには、フォノンと電子の結合が強い必要があります。その結果、常伝導状態でのフォノンによる電気抵抗は大きくなり、良導体でない方が超伝導になる傾向があります。ところが、金銀銅といった貴金属は良導体のため、超伝導にはなりにくい物質です。

フェルミ面の形状が転移温度にどのように影響するかは勉強不足でわかりません。
また、最近金が超伝導になったという話は聞いてませんが、これも単に私が勉強不足なだけかもしれません。

それから昔誰が言ったのか忘れましたが、確か「磁気的な転移を起こさない物質は、必ず超伝導になる」という有名な言葉があります。これが正しいかまだ誰もわかりませんが、正しいとすると、「貴金属も超伝導になる」ということになりますね。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
なるほど、「たとえ硬くても、電子-フォノン結合が弱いからならない」
ということで(定性的な説明では)良いのでしょうか。非常にわかり
やすいのですが。

>>貴金属は、金、銀、白金族を、
Ptは、dが抜けているから、ならなくてOKと思い込んでいましたが、
OsやIrは、超伝導になるのですね。うーん。

これからもよろしく御願いします。

お礼日時:2002/02/18 16:38

> 貴金属(金銀銅)はどうして超伝導にならないのか、



誰も決定的な答はもっていないのではないかと思います.
超伝導発現の条件を精密に知ると言うこととほぼ同義ですから.
私がそれを知っていれば論文書いてノーベル賞もらっているか,
それを応用して室温超伝導物質見つけて特許取って大金持ちになっているかです(^^).

> 犬の骨が理由なんてことはありませんよねえ。
貴金属はフェルミ面が隣のブリルアンゾーンと接していて,
ちょうど犬の骨(犬がくわえて遊ぶ骨,と言う意味です)みたいになっているから,
よくそう表現しています.
犬の骨がのため? う~ん,私にはよくわかりません.
アルカリ金属のフェルミ面はほぼ球形ですが
(たしかリチウムのフェルミ面はビリヤードの球よりきれいな球だと聞いた覚えがあります),
超伝導にはなりません.
したがって,犬の骨かどうかが決定的ということにはならないような気がします.

> 最近、金がなったとかいう話も聞いたような、、、
ちゃんと追跡しているわけではないので,金のことはよく知りません.
最近有名なのは,酸素,鉄,カルシウム,ヨウ素, 臭素, イオウなどが
超高圧下(~100 万気圧)で超伝導になったという話です.
酸素なんて大体分子性結晶でそもそも電気伝導がほとんどないように思われますが,
超高圧下ですと大分様相が違うようです.
鉄も強磁性ですから,超伝導とは仲が悪そうですが...
この仕事に対して平成13年度仁科記念賞が授与されています.
http://www.nishina-mf.or.jp/news/amaya.htm

参考URL:http://www.nishina-mf.or.jp/news/amaya.htm
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この回答へのお礼

ありがとうございます。

アルカリ金属は柔らかいからならないのだと言い訳
することが出来るので、不思議とは思わなかったの
ですが、貴金属は硬いですから、ならないということ
自体はよしとしても、一言くらい説明がつかない
のかな、と思っていました。「誰も決定的な」という
ことを伺い、少し安心しました。

天谷氏の鉄の話は有名ですが、酸素もですか、、、。
鉄が、高圧下でフェロで無くなって、、と書いてあり
ましたが、依然としてパラなのか、非磁性なのかは
面白そうですね。

これからもよろしくお願いいたします。

P.S. 「金が最近」はどうも私の勘違いのようですね、すみません。

お礼日時:2002/02/18 16:16

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最近あまりニュースになることが無い様に思います。何か
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Aベストアンサー

 ヤマトのことですね。
実際に動く超電導電磁推進船を
作ったのは日本が最初で、世界で
最後の1台となってしまったようです。

 完成版を作ったのは日本ですが、
アメリカやヨーロッパのほうが
なかり前から基礎実験を地道に
続けていたんです。

 アメリカでは海軍の研究所が
一番熱心だったわけで、
そのあたりの情報をもとに
レッドオクトーバーを追え
といった映画に超電導電磁推進装置
キャタピラーの話が出てきたわけですが。

 兵器開発というのは性能を
追求して、経済的効率は二の次の
はずなんですが、海軍の研究所が
長年の研究の中で、航行できる完成版を
作らなかったのは、性能に問題ありと
結果を出していたからなんです。

★スピードが出ないんです!(笑)

>電圧のレベルや流れているイオン・・・

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真水は電気を通しません。
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下がるところ沢山あるわけです。
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この濃度変化では超電導電磁推進船が
実用になるような充分な速度が出せず
効率が非常に悪いという傾向を掴んで
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まで出せるとされていましたが、この理論的と
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仮定の話だったんです。

 日本のヤマトの状況を見て、アメリカの
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を完全に止めてしまいました。
1990年代のバブル期の話です。

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参考URL:http://www.mhi.co.jp/kobe/mhikobe/products/etc/yamato1.html

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Q超伝導体がなぜ超伝導になるのか教えてください

超伝導体の中では、電子が不純物(原子核)と衝突した場合に得る(または失う?)エネルギーがエネルギーギャップよりも小さくなるため、電子は不純物とぶつからないのだ、という意味のことを本で読みました。
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ボース=アインシュタイン凝縮
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9C%E3%83%BC%E3%82%B9%EF%BC%9D%E3%82%A2%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%82%BF%E3%82%A4%E3%83%B3%E5%87%9D%E7%B8%AE

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Q超伝導の技術

超電導技術

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(実は最近の半導体製造では単結晶引き上げに超伝導が使われてたりします。半導体の品質向上に一役かっていることになります)

Q金,銀,銅の磁性について

 磁性の勉強をしている者です.
 一般に不対電子を持つものは常磁性を示すのですが,金・銀・銅は最外殻の
4s,5s,6s軌道に不対電子を持っています.にも関わらず,これらの金属が
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Qなぜ高温超伝導は実用化が進まないのか

リニア新幹線のニュースをよく耳にするので、
てっきり新たな高温超電導の発見のおかげで実用化できるのかと思ったのですが、
JR東海によると、転移温度10Kのニオブチタン合金を使用するとのこと。
(http://linear.jr-central.co.jp/principle/index.html)
高温超電導の実用化にはうってつけの機会だと思ったのですが、なぜいまだに実用化が進まないのでしょうか?

(以下は私なりの予想)
ニオブチタン合金は加工が容易で、比較的安価で実用化に向く。
一方、すべての高温超電導磁石は加工が難しく、比較的高価で、臨界電流密度も足りず実用化が困難。
2005年に山梨実験線で、ビスマス系高温超電導磁石を用い冷媒なしの直接冷却での走行に成功したが、
2014年度中に着工予定のリニア新幹線には間に合わないか、安全性が保証できないか、ニオブチタン合金を使用した場合と比べて金がかかりすぎる。
ヘリウムの輸入価格は上昇しているが、輸入先を広げることで下げることができ、
ヘリウム循環装置を利用することで使用量を減らすことができるので問題ない。

リニア新幹線のニュースをよく耳にするので、
てっきり新たな高温超電導の発見のおかげで実用化できるのかと思ったのですが、
JR東海によると、転移温度10Kのニオブチタン合金を使用するとのこと。
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高温超電導の実用化にはうってつけの機会だと思ったのですが、なぜいまだに実用化が進まないのでしょうか?

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やっぱり、巷に伝えられているように、臨界電流密度
が思うようにあがらないからだと思います。

Q超伝導体での量子飛躍について

こんにちは、
リング状の超伝導は、定常波になっており、マクロな量子現象であると聞きました。原子核の廻りの電子は、同様に定常波になっておりますが、量子飛躍により、高いエネルギー順位から低いエネルギー順位にジャンプする際、X線を出します。大小2重のリング状になった超伝導体からも、高いエネルギー順位から低いエネルギー順位にジャンプする際、X線は出るのでしょうか?

Aベストアンサー

量子飛躍が起これないから、超伝導でいられるのです。

先ず、電子の量子飛躍から説明しましょう。この飛躍は、ボーアが最初に仮説として提案しました。しかし、これは単なる仮説であり、それを量子力学の基本方程式であるシュレーディンガー方程式の解として説明されたのは、その仮説の提出よりも30年以上後の1947年になってからです。

その年、Friedrichsは電子と電磁場の相互作用の簡単なモデルを提案し、電子のエネルギー順位の間のエネルギー差に相当する振動数と同じ振動数の電磁波が共鳴現象を起こすことを示しました。そこの振動数のところで特別に強く相互作用をし、その結果、電子のエネルギーが電磁波の方に移って光としてエネルギー放出される訳です。ですから、どんな色の光が出るかは、どこで共鳴現象が可能かによるので、原子によってはX線の時もあるし、可視光線の時もあります。

共鳴現象が何故起こるかの説明ですが、それを力学の方程式を使って調べてみると、その方程式の解の中に二つの振動数の差が分母の中に現れてくることが原因で起こることが判ります。その二つの振動数がたまたま同じになると分母がゼロになり、そこの所で巨大なエネルギー交換が可能になるのです。実際の方程式を解いてみると、この分母には二つの振動数の差から僅かずれた虚数部が現れ、分母は決して厳密にはゼロになれません。しかしそれでも、分母が小さくなるのでその振動数付近で強いエネルギー結合が起こります。この巨大な項が現れることを専門家は共鳴特異性と呼んでおります。

その結果、次のことが判ります。もし、順位間の振動数に相当するエネルギー状態を電磁波が持っていなかったら、共鳴現象が起こらず、従ってエネルギー放出ができなくなり、電子は高いエネルギー状態にずっと留まっていられる。

実際、これと本質的に同じ現象が、原子炉の水の中を走る中性子に起こっています。この場合にも、中性子の運動の解の分母の中に、中性子の速度と光の速度の差が現れます。もし、中性子が光と同じ早さで走れたら、その共鳴特異性によって、中性子は光を放出して運動の速度が減衰します。もちろん真空中では中性子は光より速く走れませんが、水の中では光の早さが相対的に遅くなり、原子炉の中でこの共鳴現象が可能になります。ですから、原子炉の水はいつもボーと光っています。この現象はチェレンコフ効果と呼ばれています。もし、中性子の速度が遅すぎて共鳴が起これなかったら、中性子は速度減衰のない言わば超流動をしていることになります。

このように、媒質の中を伝わる波の早さよりも早く走ると、共鳴現象により大きなエネルギー損失が起こり、遅く走るとそれが起こらない例はいくらでもあります。船の先端から出る三角波も、超音速ジェット機の出す衝撃波もチェレンコフ効果の一種です。船をゆっくり走らすと三角波は起こらず、エネルギー減衰も極端に小さくなります。

さて、いよいよ超伝導について話しましょう。電子は伝導体の中を移動しているとき、伝導体の結晶格子の振動、すなわち、フォトンと呼ばれる振動子と相互作用しています。運動方程式の解の中にやはり電子のエネルギーとフォトンのエネルギーの差の分母が現れます。そしてフォトンのエネルギーは温度に依存しています。一般には、このフォトンと電子の運動の間で共鳴現象が起き、電子はだんだんとエネルギーを失ってフォトンの方にエネルギーが移ってしまうのです。しかし、ある温度以下になると、エネルギー分母がゼロになれない物質が存在するのです。それはちょうど、中性子が光より遅く走っているような状態であり、共鳴現象でのエネルギーのやり取りが出来なくなります。従って、電子のエネルギーは減少できずに超伝導が起こってしまうのです。

この共鳴によって出てくる波は、光ではなくて格子振動のフォトンなので、X線はでません。一般にフォノンの振動数は可視光線の振動数と比べて桁違いに小さいので、エネルギー放出も原子から出る光と比べて、桁違いに小さいです。

量子飛躍が起これないから、超伝導でいられるのです。

先ず、電子の量子飛躍から説明しましょう。この飛躍は、ボーアが最初に仮説として提案しました。しかし、これは単なる仮説であり、それを量子力学の基本方程式であるシュレーディンガー方程式の解として説明されたのは、その仮説の提出よりも30年以上後の1947年になってからです。

その年、Friedrichsは電子と電磁場の相互作用の簡単なモデルを提案し、電子のエネルギー順位の間のエネルギー差に相当する振動数と同じ振動数の電磁波が共鳴現象を起こす...続きを読む

Q超伝導体実験-転移速度について

先日Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体を実際に製作し,
温度を変化させながら四端子法を用いて電圧変化を見るという
実験を行いました。超伝導を確認するまで冷却してその後
加熱したのですが,冷却時の温度曲線と加熱時の温度曲線が
ずれてしまいました。

この原因として何が考えられるか教えていただければ有りがたいです。
よろしくお願いします。

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ずれ方の度合いにもよりますが、温度を上下させたときの
温度勾配が大きかったんだと思います。

 温度を測っている熱電対は、サンプルの電圧を
測定している点に密着させているわけではあり
ませんよね。
  
 熱電対は熱伝導率の大きな金属であるのに
対して、酸化物超電導体は熱伝導率が小さい
セラミックですから、温度を急激に上げると
熱電対の温度は92ケルビンでも酸化物超電導体
の電圧測定している部分は90ケルビンだった
りすることが考えられます。

 また室温300K付近からTc90K以下まで
200度以上1度下げてまた上げるわけですから、
熱応力などで、サンプルに小さな傷が入る
などして電気的なパスに違いが出ているかも
しれません。

 簡易的にTcを測定するときは数時間で
60Kくらいまで下げたときのデータ
でいいと思います。

 何かの理由で温度を下げたときと上げたとき
の差を見てみたいのなら、熱電対の位置
など、温度測定方法を工夫し、2,3日かけて
測定してみればいいと思います。

Q超伝導デバイスについて

超伝導デバイスについてなのですが
いまの技術では液体ヘリウムを使うしか実現の方法がないと思うのですが
以前、電気を流すことで温度を下げられる素子を使うことで小型化が可能だということを誰かに聞いた気がします。
これってペルチェ素子のことなのでしょうか?
これで絶対零度近くまで下げることって可能なのでしょうか?

或いは他にも温度を下げるための方法がありましたら教えて下さい。

Aベストアンサー

ご質問の冷却素子は、おそらくペルチェ素子のことだと思います。
ペルチェ素子の専門家では無いので研究段階のチャンピオンデータは知りませんが、研究用に使う冷却装置としてのペルチェ素子だと-50度(220K)付近ですので、高温超伝導体を使ったデバイスでも-150度程度は必要でしょうから、冷却装置としては不十分だと思います。
ペルチェ素子の場合、
基本的に冷却能力が低い。
冷却メカニズムが素子の表面と裏面に温度差を付けるだけなので、効率よく熱を運び去るシステムがさらに必要である。
素子を作動させるのに電力消費して素子自身に発熱を伴う。
などの問題が有るからではないでしょうか。
ただ、回答1にも紹介されているように、ガス循環式のピストン圧縮式冷凍機で、液体ヘリウム温度(約-270度)まで到達可能なタイプもありますし、-250度程度ならかなりポピュラーな装置として普及しています。
また、ピストン駆動が無く低振動名パルスチューブ式冷凍機も、従来の-200度程度から液体ヘリウム温度まで進んでいるようです。
これらの冷凍機を使えば、高温超伝導体を使ったデバイスなら温度的な問題は有りません。
ただ、高温超伝導体を使った電子デバイスそのものが、SQUID以外はまだ開発が進んでいないのが問題のようです。

ご質問の冷却素子は、おそらくペルチェ素子のことだと思います。
ペルチェ素子の専門家では無いので研究段階のチャンピオンデータは知りませんが、研究用に使う冷却装置としてのペルチェ素子だと-50度(220K)付近ですので、高温超伝導体を使ったデバイスでも-150度程度は必要でしょうから、冷却装置としては不十分だと思います。
ペルチェ素子の場合、
基本的に冷却能力が低い。
冷却メカニズムが素子の表面と裏面に温度差を付けるだけなので、効率よく熱を運び去るシステムがさらに必要である。
素子を作動...続きを読む

Q高温超伝導 高温超電導 超伝導 超電導 論文

高温超伝導体についての間違った、またはウソの内容が書いてある論文があったら紹介して下さい!よろしくお願いします!!!

Aベストアンサー

論文自体のURLをここで示すのはちょっと違反ですね。
超異説理論の紹介ですよ。うそと決まってません。
では、内容だけ紹介します。

1.高温超電導体は酸素イオンの導電体である。
2.酸素イオンはホッピングで伝導し伝導中にエネルギーを失う。
3.高温超電導体はBCS理論で説明できる。
4.高温超電導体の温度が90K以上であっても、酸素イオンは0K近辺であり、クーパー対を生成している。
5.冷却された酸素イオンは熱的に絶縁されている。なぜならバルクと結合をもっていず、かつ、超電導状態では価電子帯から熱供給をうけないためである。

Q超伝導体の焼成について

イットリウム系の超伝導体の製作をしようと思っています。
いろいろ調べたところ、各試薬の混合比が1:2:3と1:4:6の2パターンあるようでした。この違いは何なのでしょうか?製作にあたりどちらを選択すべきか迷っていますのでアドバイスお願いします。

Aベストアンサー

イットリウム系超伝導体とはYBa2Cu3O7だと思います。
そして、使う原料はY2O3, BaCO3, CuOだと思います。
これらの原料を混ぜて、超伝導体を作ります。
そのとき各元素の割合がY:Ba:Cu=1:2:3になるようにしなければなりまん。
そのためには各原料のモル比(重量比ではありません)をY2O3:BaCO3:CuO=1:4:6になるようにしなければなりません。
1:2:3と1:4:6の2種類あるのは、このためだと思います。


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