2017 Fiscal Year Research-status Report
分子ドーピングを用いたナノ人工ピン制御による磁束捕捉特性解明と高機能超伝導膜実現
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17K06346
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
喜多 隆介 静岡大学, 工学部, 教授 (90303528)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 酸化物高温超伝導薄膜 / 臨海電流密度 / 人工ピニングセンター / 量子磁束 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、電力エネルギーの高効率利用社会の実現を目指し、有機金属を分子ドーピングした非晶質薄膜を独自のプロセスを用いて、サイズ・密度を制御したナノ人工ピンを超伝導薄膜中に形成する独創的手法を開発することにより、従来に無い極めて高い臨界電流輸送能力を有する超伝導薄膜材料を実現するとともに、薄膜形成過程、及び酸化物高温超伝導薄膜におけるナノ人工ピンと磁束量子との相互作用について解明することを目的としている。今年度は、分子ドーピングに適した有機金属元素の探索とドーピングを行った超伝導薄膜の超伝導電流輸送特性との関係を明確にするための研究を遂行した。その結果、Zr添加効果を確認し、さらにLa添加により膜表面性と結晶性が向上し、臨界電流密度が大きく向上することがわかった。また、La及びZr共添加によって薄膜作製に必要な熱処理条件のウインドウが拡大されるとともに、磁場中の臨界電流密度特性が向上することがわかった（アルファ値も改善された）。これに比べてLa及びHoの共添加においては臨界電流密度の磁場中特性の向上は僅かであった。また、GdBCO薄膜へのAgドーピングを検討した結果、薄膜表面性および結晶性が向上し、臨界電流密度および磁場中臨界電流密度特性が大きく改善されることが明らかとなった。また、ナノ人工ピンをドーピングした超伝導薄膜における量子磁束捕捉特性の解明を目的として、HfをドーピングしたGdBCO超伝導薄膜のピニング力と実効ピニング密度について解析を行った。その結果、Hfドーピングに伴いピニング力が増加し、ピニング力のピークが高磁場側にシフトすることが明らかとなった。また、Hfドーピングにより実効ピニング密度が増加することわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は高い臨界電流輸送能力を有する超伝導薄膜材料を実現するために、第一に薄膜形成用有機金属塗布原料において分子ドーピングに適した元素とその臨界電流密度特性に与える影響について明確にすることを目標とした。その結果、Zr添加、La添加およびAg添加が膜表面性と結晶性向上に効果があること、加えてLa及びZr共添加がLa及びZr共添加によって薄膜作製に必要な熱処理条件のウインドウ拡大に効果があることを確認した。さらに、これらの添加により臨界電流密度が大きく向上することを明らかにしたことにより今年度の目標を達成できた。また、HfをドーピングしたGdBCO超伝導薄膜のピニング力と実効ピニング密度について解析を行い、ピニング力の磁場依存性について解析を進め、Hfドーピングにより実効ピニング密度が増加するという知見が得られ、ナノ人工ピンと磁束量子との相互作用についても解析が予定通り順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
超伝導薄膜形成用有機金属塗布原料用として、前年度で明らかとなった分子ドーピングに適した元素（Zr等）を用いて人工ピンドープ薄膜の形成を行う。ただし、ドーピング量増加とともに超伝導相の結晶化が抑制される傾向が見られたため、ドーピング量の増加を目指して分子ドーピングに適した新しい有機分子構造を有する分子ドーピング用Zr有機金属材料等について検討する。さらに、人工ピンの大きさおよび密度を制御し、さらに臨界電流密度特性を向上させるため、薄膜形成用熱力学的パラメータの最適化について検討する。また、ナノ人工ピン制御高温超伝導薄膜における量子磁束捕捉特性の解明を目的とし、人工ピンの種類とそのピニング力の温度依存性について測定するとともに、磁束ピニング力の磁場依存性について検討する。さらに、臨界電流の飛躍的向上を目指し、原子の拡散速度を拡大するため液相を用いた新規有機金属塗布法の研究を進める。
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Research Products
(10 results)
