超100K級銅酸化物高温超伝導体の単結晶育成技術の開発とデバイス応用の検討

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H03854
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 永崎 洋 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 首席研究員 (20242018)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鬼頭 聖 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30356886) ; 吉田 良行 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (50415767)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 銅酸化物高温超伝導体 / 単結晶育成 / 超伝導デバイス

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、現存する超伝導体の中で最も高い134Kに至る超伝導転移温度(Tc)を有する水銀（Hg）系銅酸化物超伝導体HgBa2Can-1CunO2n+2(n=2,3) の純良単結晶育成技術を確立すること、更に、得られた単結晶試料の基礎物性評価を行うことによって、同物質の示す高
いTcの原因を探るとともに、その特徴を活かした新たな超伝導応用の可能性を切り拓くことをその目的とする。同物質は、構成要素である水銀（Hg）の毒性と高い蒸気圧のために、1994年の発見以来、系統的な研究はほぼ手つかずであった。
本研究では、最高のTcを有するHg系銅酸化物高温超伝導体HgBa2Can-1CunO2n+2 (n = 1-3) を対象とし、高品質 (Tc > 130 K, n = 3)かつ大型 (> 1 mm3) の単結晶育成技術を確立することを目的として研究を行った。
H29年度は、昨年までに確立した高純度前駆体の調製、および、閉鎖雰囲気下における結晶成長手法を用いて、再現性良く良質名単結晶の育成を行えるための条件出しに注力した。具体的には、前駆体としては、Ba2CaCu2Oyを用い、更にReO3およびBaF2、HgOを混ぜ合わせること、ジルコニアるつぼに原料を充填し、それを石英ガラス管とSUS漢で2重に封じ込めることで、出発組成の最適条件を見いだした。これまでにTc=134Kを有し、大きさ1mm*1mm*0.05mmまでの単結晶を再現性良く育成することに成功を収めた。得られた試料の帯磁率、電気抵抗率評価から、そのTcが130Kを超えていることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

２年度目の計画目標であった、(1)前駆体の化学組成の調整、特にHgとReの混合比の最適化、（２）育成容器の組みあわせの検討　が順調に進み、再現性良く単結晶試料の育成に成功を収めつつある。あとは、育成温度条件の最適化を行うことで、結晶の大型化が実現すると考えている。また、H28年度の帯磁率測定に加え、H29年度は電気抵抗率評価によって超伝導出現が確認された。本結果は、本研究のゴールであるデバイス試作に向けた重要なマイルストーンとして捉えられる。

Strategy for Future Research Activity

温度条件の最適化をすすめ、単結晶試料の大型化を諮る。また、得られた試料を用いた超伝導特性評価を進めると共に、STM、ARPES、光学反射率等の共同研究を実施する。