Fundamental studies for realizing the 3rd generation superconducting wires

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H04646
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 飯田 和昌 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90749384)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 生田 博志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30231129)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 鉄系超伝導体薄膜 / 積層欠陥 / 抵抗率異方性 / オフ基板

Outline of Annual Research Achievements

第３世代超伝導線材の実現に向けて，鉄系超伝導体薄膜の臨界電流特性を向上させる取り組みを行った。具体的には，[001]方向が[100]方向に数度傾斜したオフ基板の上に薄膜を成膜した。透過型電子顕微鏡(TEM)による組織観察の結果，薄膜内部には，多くの積層欠陥が観測された。この薄膜の臨界電流特性は，通常の基板の上に成膜された薄膜に比べて大幅に上昇した。本手法は，簡便に超伝導薄膜内に欠陥を導入することができることから，様々な超伝導薄膜の臨界電流特性向上に応用できる。また，オフ基板上に成膜された薄膜の傾斜方向と，それと垂直な方向の抵抗率を測定することで，c軸方向とab面内方向の抵抗率を求めることができる。これを利用して，大きな単結晶成長が困難なNdFeAs(O,F)のc軸方向とab面内方向の抵抗率を求めることに成功した。c軸方向とab面内方向の抵抗率の比から常伝導状態の異方性を求めたところ，組成により異方性の温度依存性が異なることが分かった。超伝導転移温度Tcが最も高い試料の異方性は，温度の低下と共に増加し，Tc直上で約250となった。一方，超伝導状態の電子の有効質量の異方性は抵抗率の磁場・角度依存性を測定し，異方的ギンズブルグ-ランダウ理論の式を用いて解析することにより求められる。その結果，Tc近傍で有効質量の異方性が２~3程度となった。抵抗率の異方性は，電子の散乱時間などを一定と仮定すると，有効質量の異方性の2乗に相当するが，常伝導状態の異方性は有効質量の異方性よりもかなり大きいことが分かる。鉄系超伝導体は鉄の3d軌道に由来する5つのバンドがフェルミ面を横切るマルチバンド超伝導体であることが報告されている。このことから，常伝導状態と超伝導状態における異方性の差は，伝導に寄与するバンドがそれぞれの状態で異なっているためであることが考えられる。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Karlsruhe Institute of Technology
• [Int'l Joint Research] National High Field Magnetic Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: National High Field Magnetic Laboratory
• [Journal Article] Novel method to study strain effect of thin films using a piezoelectric-based device and a flexible metallic substrate (2019)
  • Author(s): Iida Kazumasa、Sugimoto Yuwa、Hatano Takafumi、Urata Takahiro、Langer Marco、Holzapfel Bernhard、Haenisch Jens、Ikuta Hiroshi
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 12 Pages: 016503～016503
  • DOI: 10.7567/1882-0786/aaf6e6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Grain boundary characteristics of oxypnictide NdFeAs(O,F) superconductors (2019)
  • Author(s): Kazumasa Iida, Taito Omura, Takuya Matsumoto, Takafumi Hatano, Hiroshi Ikuta
  • Journal Title: Superconductor Science and Technology Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1088/1361-6668/ab1660
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fe-based superconducting thin films - Preparation and tuning of superconducting properties (2019)
  • Author(s): Jens Haenisch, Kazumasa Iida, Ruben Huehne, Chiara Tarantini
  • Journal Title: Superconductor Science and Technology Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1088/1361-6668/ab1c00
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Vortex glass-liquid transition and activated flux motion in an epitaxial, superconducting NdFeAs(O,F) thin film (2018)
  • Author(s): Haenisch J.、Iida K.、Ohmura T.、Matsumoto T.、Hatano T.、Langer M.、Kauffmann-Weiss S.、Ikuta H.、Holzapfel B.
  • Journal Title: MRS Communications Volume: 8 Pages: 1433～1438
  • DOI: 10.1557/mrc.2018.207
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fe-based superconducting thin films on metallic substrates: Growth, characteristics, and relevant properties (2018)
  • Author(s): Iida Kazumasa、Haenisch Jens、Tarantini Chiara
  • Journal Title: Applied Physics Reviews Volume: 5 Pages: 031304～031304
  • DOI: 10.1063/1.5032258
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Universal scaling behavior of the upper critical field in strained FeSe0.7Te0.3 thin films (2018)
  • Author(s): Yuan Feifei、Grinenko Vadim、Iida Kazumasa、Richter Stefan、Pukenas Aurimas、Skrotzki Werner、Sakoda Masahito、Naito Michio、Sala Alberto、Putti Marina、Yamashita Aichi、Takano Yoshihiko、Shi Zhixiang、Nielsch Kornelius、Huehne Ruben
  • Journal Title: New Journal of Physics Volume: 20 Pages: 093012～093012
  • DOI: 10.1088/1367-2630/aade66
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recent progress in thin-film growth of Fe-based superconductors: superior superconductivity achieved by thin films (2018)
  • Author(s): Sakoda Masahito、Iida Kazumasa、Naito Michio
  • Journal Title: Superconductor Science and Technology Volume: 31 Pages: 093001～093001
  • DOI: 10.1088/1361-6668/aabddb
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 傾斜基板上に成長したNdFeAs(O,F)薄膜の臨界電流特性 (2019)
  • Author(s): 飯田和昌，松本拓也，近藤圭介，畑野敬史，生田博志
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Electronic Anisotropy of NdFeAs(O,F) Epitaxial Thin Films Grown on Vicinal- Cut MgO Substrates (2018)
  • Author(s): Takuya Matsumoto, Keisuke Kondo, Takafumi Hatano, Takahiro Urata, Kazumasa Iida, Hiroshi Ikuta
  • Organizer: 31th International Symposium on Superconductivity
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Grain boundary characteristics of NdFeAs(O,F) superconductors (2018)
  • Author(s): Kazumasa Iida, Taito Omura, Takuya Matsumoto, Takafumi Hatano, Hiroshi Ikuta
  • Organizer: Applied Superconductivity Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ミスカットMgO基板上に成膜したNdFeAs(O,F)薄膜の輸送特性Ⅱ (2018)
  • Author(s): 松本拓也，近藤圭介，畑野敬史，浦田隆広，飯田和昌，生田博志
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Flux pinning in oxypnictide thin films (2018)
  • Author(s): K. Iida, C. Tarantini, J. Haenisch, F. Kurth, J. Jaroszynski, T. Omura, T. Matsumoto, T. Urata, T. Hatano, S. Meyer, S. Kauffmann-Weiss, B. Holzapfel, D. C. Larbalestier, H. Ikuta
  • Organizer: 8th Forum on New Materials, CIMTEC2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Misorientaion angle dependence of inter-grain Jc for NdFeAs(O,F) (2018)
  • Author(s): K. Iida, T. Omura, T. Matsumoto, T. Hatano, H. Ikuta, S. Kaufmann-Weiss, B. Holzapfel, J. Haenisch, T. Boll, R. Schneider
  • Organizer: 6th ICSM2018
  • Int'l Joint Research