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結晶構造制御と人工ピニングセンターによる鉄系超伝導薄膜の特性向上と線材応用

Research Project

Project/Area Number 14J11323
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

佐藤 光  東京工業大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords超伝導 / 超伝導線材 / 磁束ピニング / 薄膜 / 鉄系超伝導
Outline of Annual Research Achievements

鉄系超伝導体は、 (1) 50 Tを超える上部臨界磁場、(2) 小さい異方性因子( = 1~2)、(3) 結晶粒界における臨界電流密度(Jc)特性の優位性という、低温における高磁場発生マグネット用線材への応用に有利な特性をもつ。昨年度、我々のグループでは、基板加熱機構にレーザーダイオードを用いた1000℃以上で製膜が可能な製膜装置を利用することで、鉄系薄膜では磁場中で最も高いJcを示すP添加BaFe2As2のエピタキシャル成長に成功し、またそのJcの異方性が成長速度の低下に伴い小さくなることを報告した。今年度は実用の際用いられる金属テープ基板を用いて、超伝導薄膜線材と同様の積層構造を持つP添加BaFe2As2薄膜を作製し、得られた薄膜のJc特性を調べたので報告する。

イオンビームアシスト蒸着によってハステロイ上に2軸配向したMgOを蒸着した、IBAD-MgO金属テープ基板(面内配向度約4度、iBeam Materials, Inc.製)をテープ基板として用いた。得られた薄膜は面内4回対称を示し、エピタキシャル成長が確認できた。薄膜のP濃度は28%と、ターゲットの仕込み組成に対して約7%減少しており、単結晶基板上への製膜時と同じ傾向を示した。4 KにおけるJcの値は、自己磁場中で1 MA/cm2、9 Tで0.1 MA/cm2であった。これらの値は同様の配向度を持つ金属テープ基板上に製膜されたBa(Fe1‒xCox)2As2薄膜のものと同等であったが、MgO単結晶基板上に製膜されたBaFe2(As1‒xPx)2薄膜より約1桁低い値であった。印加磁場に対するJcの角度依存性は、H // ab、H // cのどちらにもブロードなピークを持つことがわかり、磁束ピニングセンターが導入されていることがわかる。12 K、3 TにおけるJcの最大値と最小値の比は0.82とMgO単結晶基板上に製膜されたBaFe2(As1‒xPx)2薄膜のものと同等の特性を示し、本研究で得られた試料は現在までの鉄系薄膜線材の中で最も小さい異方性をもつ。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2016 2015 2014

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Electric field-induced superconducting transition of an insulating FeSe thin film at 31 K2016

    • Author(s)
      K. Hanzawa, H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
    • Journal Title

      National Academy of Sciences of the United States of America

      Volume: 113 Issue: 15 Pages: 3986-3990

    • DOI

      10.1073/pnas.1520810113

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Novel solid-phase epitaxy for multi-component materials with extremely high vapor pressure elements: An application to KFe2As22016

    • Author(s)
      T. Hatakeyama, H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya and H. Hosono
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 9 Issue: 5 Pages: 055505-055505

    • DOI

      10.7567/apex.9.055505

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Vortex pinning property of phosphorous-doped BaFe2As2 epitaxial films: Comparison between (La,Sr)(Al,Ta)O3 and MgO substrates2015

    • Author(s)
      H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
    • Journal Title

      IEEE Trans. Appl. Supercond.

      Volume: 25 Issue: 3 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1109/tasc.2014.2368073

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] High critical-current density with less anisotropy in BaFe2(As,P)2 epitaxial thin films: Effect of intentionally grown c-axis vortex-pinning centers2014

    • Author(s)
      H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya and H. Hosono
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 104 Issue: 18 Pages: 182603-182603

    • DOI

      10.1063/1.4875956

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Critical factor for epitaxial growth of cobalt-doped BaFe2As2 films by pulsed laser deposition2014

    • Author(s)
      H. Hiramatsu, H. Sato, T. Katase, T. Kamiya and H. Hosono
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 104 Issue: 17 Pages: 172602-172602

    • DOI

      10.1063/1.4874609

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] SnAs with the NaCl-type Structure: Type-I Superconductivity and Single Valence State of Sn2014

    • Author(s)
      Y. Wang, H. Sato, Y. Toda, S. Ueda, H. Hiramatsu and H. Hosono
    • Journal Title

      Chemistry of Materials

      Volume: 26 Issue: 24 Pages: 7209-7213

    • DOI

      10.1021/cm503992d

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of c-axis-oriented superconducting KFe2As2 thin films2014

    • Author(s)
      H. Hiramatsu; S. Matsuda; H. Sato; T. Kamiya and H. Hosono
    • Journal Title

      ACS Advanced materials & interfaces

      Volume: 6 Issue: 16 Pages: 14293-14301

    • DOI

      10.1021/am5036016

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 複数の単結晶基板上に作製した鉄系超伝導体PドープBaFe2As2エピタキシャル薄膜の臨界電流特性2016

    • Author(s)
      佐藤 光,平松 秀典,神谷 利夫,細野 秀雄
    • Organizer
      第54回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      佐賀県、アバンセ(佐賀県立男女共同参画センター)、ホテルグランデはがくれ
    • Year and Date
      2016-01-07
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Superconductivity properties of phosphorus-doped BaFe2As2 films on IBAD-MgO buffered metal tape substrates2015

    • Author(s)
      H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
    • Organizer
      The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-9)
    • Place of Presentation
      Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Ibaraki
    • Year and Date
      2015-10-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 金属テープ基板上へのBaFe2(As,P)2薄膜のPLD成長とその等方的な臨界電流特性2015

    • Author(s)
      佐藤 光,平松 秀典,神谷 利夫,細野 秀雄
    • Organizer
      第157回金属学会秋季講演大会
    • Place of Presentation
      福岡県、九州大学
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] PLD法によるIBAD-MgO基板上へのP添加BaFe2As2薄膜成長2015

    • Author(s)
      佐藤 光,平松 秀典,神谷 利夫,細野 秀雄
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      愛知県、名古屋国際会議場
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Isotropic Jc properties of P-doped BaFe2As2 films on IBAD MgO tape substrates2015

    • Author(s)
      H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
    • Organizer
      The European Society for Applied Superconductivity 2015 (EUCAS 2015)
    • Place of Presentation
      Lyon Convention center, Lyon, France
    • Year and Date
      2015-09-06
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thin film growth and superconductivity of layered iron-pnictides2015

    • Author(s)
      H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
    • Organizer
      Collective Quantum Seminar at Tübingen University (CQ seminar)
    • Place of Presentation
      Tübingen University, Tübingen, Germany
    • Year and Date
      2015-08-31
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Unusual pressure effects on superconducting properties of cobalt-doped BaFe2As2 epitaxial films2015

    • Author(s)
      H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
    • Organizer
      Materials and Mechanisms of Superconductivity 2015 (M2S 2015)
    • Place of Presentation
      Geneva, Switzerland
    • Year and Date
      2015-08-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Co添加BaFe2As2エピタキシャル薄膜における特異な圧力効果2015

    • Author(s)
      佐藤 光,平松 秀典,神谷 利夫,細野 秀雄
    • Organizer
      第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川県、 東海大学 湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Heteroepitaxial Growth of Mn-Based Layered Oxypnictides with ZrCuSiAs Structure by Pulsed Laser Deposition2014

    • Author(s)
      H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
    • Organizer
      The 8th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • Place of Presentation
      Mielparque-Yokohama, Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2014-08-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 4種類の励起レーザー波長を使ったパルスレーザー堆積法による鉄系超伝導体Co添加BaFe2As2薄膜のヘテロエピタキシャル成長2014

    • Author(s)
      佐藤 光, 片瀬 貴義, 平松 秀典, 神谷 利夫, 細野 秀雄
    • Organizer
      新学術領域研究 平成26年度若手の会
    • Place of Presentation
      兵庫県、淡路夢舞台国際会議場
    • Year and Date
      2014-07-27 – 2014-07-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Strong vortex pinning and isotropic critical current density in BaFe2(As,P)2 epitaxial films grown by pulsed laser deposition2014

    • Author(s)
      H. Sato, H. Hiramatsu, T. Kamiya, and H. Hosono
    • Organizer
      Applied Superconductivity Conference
    • Place of Presentation
      Charlotte Convention center, Charlotte, USA
    • Year and Date
      2014-06-25 – 2014-06-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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