Elucidation of gap structure and enhancement of critical current density in iron-based superconductors by swift-particle irradiations

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H01141
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Tsuyoshi Tamegai 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30183073)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡安 悟 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (50354824) ; 一瀬 中 一般財団法人電力中央研究所, グリッドイノベーション研究本部, 上席研究員 (70371284)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 鉄系超伝導体 / 粒子線照射効果 / 臨界電流密度 / 超伝導ギャップ構造

Outline of Final Research Achievements

Utilizing defects created by irradiating high-energy particles into iron-based superconductors, we aimed at elucidating the gap structure in the basic side and enhancement of critical current density (Jc) in the applied side.
As a result, we obtained information that the order parameter in iron-based superconductors is not consistent with that which changes sign on different Fermi surfaces.
On the other hand, we enhanced Jc by a factor of ~10 compared with pristine crystals by introducing point and/or columnar defects. In that process, we discovered “anomalous peak effect” in samples with splayed columnar defects. Furthermore, we fabricated round wires of iron-based superconductors, and achieved Jc = 54 kA/cm2 at 4.2 K under 10 T. Utilizing those wires, we constructed a magnet and generated a magnetic field as high as 3.6 kOe.

Free Research Field

超伝導

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高エネルギー粒子線照射により鉄系超伝導体に導入した人工欠陥が、超伝導秩序変数とう発現機構に直結する特性の解明だけでなく、臨界電流密度の増強にも大変強力なツールとなりうることを実証できた。
研究対象を当初想定した鉄系超伝導体のみではなく、遷移金属ダイカルコゲナイド、銅酸化物高温超伝導体、トポロジカル超伝導体と拡大することができたことも特筆に値する。
また、本研究で達成した大きな臨界電流密度は、今後の鉄系超伝導体線材の開発における大きな道標となる。さらに、これらの知見をもとに開発された鉄系超伝導体丸型線材は、近い将来実現される新規高磁場マグネットへの実装が期待される。