イオン散乱照射を利用した超高効率エネルギー機能材料の創生

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H04980
• Research Institution: Kwansei Gakuin University
• Principal Investigator: 尾崎 壽紀 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (20756663)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 薄膜 / イオン照射 / ナノ構造 / エネルギー機能材料

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、低エネルギーイオン散乱照射技術を駆使することで、低炭素社会の中核となり得る超高効率エネルギー機能材料の創生を目指す。具体的には、超伝導材料の高機能化に向けて、イオン照射によって形成される照射欠陥と超伝導特性の変化を明らかにし、結晶欠陥などのナノ構造を制御することで超伝導特性を飛躍的に向上させることを目的に研究を行った。
最終年度は銅酸化物高温超伝導体であるYBa2Cu3Oy (YBCO)薄膜に着目して研究を進めた。REBa2Cu3Oy (RE = 希土類元素、REBCO)超伝導薄膜の磁場中での臨界電流特性は、磁束線の人工ピン止め点導入により、飛躍的に向上している。磁束ピン止め点導入の一つの手段として、イオン照射技術を用いた欠陥形成が有効であることが知られているが、これまでは、数百MeV～数GeVの高エネルギーのイオン照射による報告が多く、比較的低いエネルギーを用いたイオン照射による系統的な報告は少ない。そこで本年度は、YBCO薄膜に10 MeVという比較的低いエネルギーで重いAuイオン照射を行い、超伝導特性の変化を系統的に調べた。さらに、Auイオン照射によって形成される照射欠陥と超伝導転移温度Tcや臨界電流密度Jcなどの超伝導特性との関係について検討を行った。その結果、照射量増加に伴い、Tcが単調減少していることが観察された。これは、Auイオン照射により結晶欠陥が形成されたためと考えられる。一方、10 MeV Auイオン照射により、4 T以上の磁場において、Jcが約40 %向上することが確認された。これらの結果から、低エネルギーAuイオン照射は磁場中Jcを向上させるのに有効な手法であると考えられる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Brookhaven National Laboratory(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Brookhaven National Laboratory
• [Presentation] Effect of low-energy Au-ion irradiation on superconducting properties (2020)
  • Author(s): Toshinori Ozaki, Takuya Kashihara, Tomoyuki Kubo, Satoshi Semboshi, Teruo Sueyoshi, Hiroyuki Okazaki, Hiroshi Koshikawa, Shunya Yamamoto, Tetsuya Yamaki, and Hitoshi Sakane
  • Organizer: 10th Asian Conference on Applied Superconductivity and Cryogenics/ 2nd International Cryogenic Materials Conference in Asia, and the Cryogenics and Superconductivity Society of Japan Joint Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 10 MeV Auイオン照射したYBa2Cu3Oy薄膜の酸素アニール効果 (2020)
  • Author(s): 尾崎 壽紀，柏原 卓弥，久保 友幸，千星 聡，末吉 哲郎, 岡崎 宏之，越川 博，山本 春也，八巻 徹也，坂根 仁
  • Organizer: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Vortex pinning landscape (2019)
  • Author(s): Toshinori Ozaki, Satoshi Semboshi, Tetsuro Sueyoshi, Hiroyuki Okazaki, Hiroshi Koshikawa, Shunya Yamamoto, Tetsuya Yamaki, and Hitoshi Sakane
  • Organizer: Cryogenic Engineering Conference - International Cryogenic Materials Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Auイオン照射したYBa2Cu3Oy薄膜の磁束ピンニング特性 (2019)
  • Author(s): 尾崎 壽紀，柏原 卓弥，久保 友幸，千星 聡，末吉 哲郎, 岡崎 宏之，越川 博，山本 春也，八巻 徹也，坂根 仁
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Superconducting Properties and Structural Defects (2019)
  • Author(s): Toshinori Ozaki, Takuya Kashihara, Tomoyuki Kubo, Satoshi Semboshi, Teruo Sueyoshi, Hiroyuki Okazaki, Hiroshi Koshikawa, Shunya Yamamoto, Tetsuya Yamaki, and Hitoshi Sakane
  • Organizer: 29th Annual Meeting of MRS-J
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Vortex dynamics of REBCO films irradiated with low-energy ion irradiations (2019)
  • Author(s): Toshinori Ozaki, Satoshi Semboshi, Teruo Sueyoshi, Hiroyuki Okazaki, Hiroshi Koshikawa, Shunya Yamamoto, Tetsuya Yamaki, and Hitoshi Sakane
  • Organizer: Materials Research Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 関西学院大学 研究室紹介
  • URL: http://www.kg-nanotech.jp/ozaki/