微細加工技術を用いた高臨界電流密度超伝導導体の研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15560278
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 原田 直幸 山口大学, 工学部, 助教授 (00222232)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 津田 理 山口大学, 工学部, 助手 (10267411) ; 浜島 高太郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00314815)
• Keywords: 臨界電流 / 超伝導線材 / 磁束ピンニング / 微細加工 / 量子化磁束 / ナノテクノロジー / ニオブ / 薄膜

Research Abstract

超伝導体に無損失に電流を流すには、ローレンツ力によって動こうとする磁束線をピン止めする必要がある。実用的な材料である第2種超伝導体において、材料内部で量子化された磁束線は、磁束密度に応じてその間隔が変化する。また、効率良く磁束線をピン止めするには、超伝導体内部で格子を組んだ磁束線の間隔と同じスケールで、不均質な構造を作ることが重要である。これまで金属系の超伝導線材では、組成加工により経験的に導入してきた。一方、今後その応用への期待が高い酸化物超伝導体においては従来の組成加工を用いた方法では、ピンニングセンターを導入することは困難である。そこで本研究では、実用的な超伝導体の臨界電流密度特性を向上させるため、まず金属系の超伝導薄膜を用いて、効率の良いピンニングセンターを微細加工技術を用いて導入し、その効果の確認と特性の評価を行った。サファイヤ基板上に厚さが0.5μmの超伝導Nb薄膜を電子ビーム蒸着装置を用いて作製して、2μmから4μmの周期の溝状ピンニングセンターをフォトリソグラフィーにより導入した。その結果、理論的に予測したように加工周期に反比例して磁化が増加することを示した。また、ピンニングセンターである溝部分の深さをエッチングにより変化させ、その加工深さ依存性を評価した。その結果、加工深さに比例して磁化が増加する予想に対して、加工深さが超伝導膜の厚さの70%程度を越えると、急激に磁化が減少することが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] N.Harada, H.Yamada, K.Sugai, I.Munechika, M.Tsuda, T.Hamajima: "Flux pinning property of artificial pinning center introduced by microfablication"Physica C. 392-396. 1043-1047 (2003)