レーザ溶融による高温超伝導体単結晶の育成

• Project/Area Number: 05650724
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Metal making engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 林 成行 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (80005868)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 越後谷 淳一 東北大学, 工学部, 助教授 (00005539) ; 小松 啓 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00108565)
• Project Period (FY): 1993
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1993)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 1993: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
• Keywords: 酸化物高温超伝導体 / 炭酸ガスレーザ / 単結晶育成 / 磁場中結晶成長

Research Abstract

高温超伝導酸化物は活性元素を含む包晶型物質で,その単結晶育成はfloating zone方式がよい.しかし,育成速度が遅いため長時間安定した浮遊帯の形式が要求されるが,この点が難しい.本研究では,CO_2レーザーを用いて超安定な浮遊帯を実現させ,この物質の結晶化を容易に行う.新しい装置の図を右に示す.(a):CO_2レーザー源,(b):永久磁石^*,(c):試料移動装置^*,(d):反射鏡,(e):レンズ系,(f):実体顕微鏡^*であり,簡単で使いやすい育成装置ができた.
*印は,本科研費で購入した物品である.この装置で次の実験を行った.ErBa_2Cu_3O_xでは,融液が焼結原料棒に徐々に染み込み,zoneの幅が狭くなって長時間の育成に至らなかった.溶解・急冷原料棒の作成,レーザー焦点の絞りを強める,など工夫が必要である.
Bi系(2212相)について,育成は原料棒〜3φ,出力17W,磁場3000Oe,回転速度〜300rpm,育成速度1〜3mm/hの条件下で行い,融液は磁場の下で円周方向にのみ高速で強制回転により,長時間きわめて安定していた.結晶は1mm/hで育成した時,成長方向に長く伸びた〜0.3mm幅の結晶粒の集合組織を示した.3mm/hにすると粒の幅が細かくなった.この結晶を700℃・100h空気中でannealすると,Tc〜85Kを示し,Low Tc相であることが判明した.
今後,二・三の工夫を加え,単結晶育成とその評価を本格的に行う.