2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-throughput optimization technique in superconductors with asymmetric flux pinning centers aiming to high efficient superconducting power applications
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15K14302
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
一野 祐亮 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90377812)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 高効率超伝導電力機器 / 磁束量子運動 / 非対称ピンニングセンター / ナノリソグラフ / 磁束量子ダイナミクスシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第二種超伝導体中に侵入した磁束量子(Flux Quantum: FQ)の運動は、超伝導体中を流れる電気エネルギーを散逸させる。そのため、超低損失送電ケーブルや大規模風力発電機など高効率超伝導電力機器実現のためには、FQ をピン止めする点(Pinning Center: PC)を導入しFQ の運動を抑制・制御する必要がある。本研究では、計算機を用いたFQ ダイナミクスシミュレーションとナノリソグラフ技術を用いた非対称PC の作製・評価技術を融合させることで、超伝導電力機器に対して最適な非対称PC を高速に探索する技術の創製を試みた。
スパッタ法を用いてNb超伝導薄膜をガラス基板上に作製し、ナノ電極リソグラフ加工技術を用いてNb薄膜表面を酸化させることで円形ナノパターンの作製を行った。その結果、円形ナノパターンによるFQ運動のピン止めによって臨界電流密度(Jc)が向上した。また、円形ナノパターンの数密度が多くなるほどJcが向上する傾向が見られた。
二次元空間において様々な形状の非対称PCを含んだ超伝導体モデルを用いて、FQダイナミクスシミュレーションを行った。その結果、超伝導体の片側に剣山状の切れ込みを入れる加工を施したモデルにおいて、I-V曲線が原点に対して点対称にならない、非対称な挙動が観られた。これは、FQが運動方向（ローレンツ力の向き）によって異なる運動をしたためである。
次に上記のシミュレーションを三次元空間に拡張し、印加電流と外部磁場が平行な「縦磁場状態」におけるシミュレーションを行った。その結果、電流によって生じる自己磁場によってFQが歪むことでローレンツ力が働き、FQはスパイラル状に運動することがわかった。また、様々な形状のPCを導入したモデルで同様のシミュレーションを行った結果、粒状PCが最も効率よく縦磁場状態におけるFQをピン止めできることがわかった。
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[Presentation] Jc anisotropy at low measurement temperatures in SmBa2Cu3Oy superconducting tapes with BaHfO3 nano-rods controlled via low-temperature growth2016
Author(s)
S. Miura, Y. Yoshida, Y. Tsuchiya, Q. Xu, Y. Doki, Y. Ichino, S. Awaji, K. Matsumoto, A. Ichinose, A. Ibi, T. Izumi, T. Kato
Organizer
2016 Applied Superconductivity Conference
Place of Presentation
Denver, USA
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-09
Int'l Joint Research
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[Presentation] Strongly enhanced vortex pinning in the SmBCO coated conductor with high density and fine inclined nanorods2016
Author(s)
Y. Yoshida, S. Miura, Y. Ichino, Y. Tsuchiya, S. Awaji, A. Ichinose, K. Matsumoto, A. Ibi, T. Izumi, T. Kato
Organizer
2016 Applied Superconductivity Conference
Place of Presentation
Denver, USA
Year and Date
2016-09-04 – 2016-09-09
Int'l Joint Research
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