2017 Fiscal Year Research-status Report
（Ｃｕ，Ｃ）系レアアースレス超伝導薄膜材料の低異方性化・実用作製技術の開発
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17K06355
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
寺田 教男 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (20322323)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥田 哲治 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (20347082)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 超伝導材料・素子 / 薄膜 / 人工格子 / 表面・界面物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・レアアース・毒性元素を含まないこと、・50 K 級の超伝導臨界温度Tc が得られること、・類縁の無限層構造銅酸化物バッファ上に成長することで界面に圧縮性歪を印可することによりヘテロ界面に接する(Cu, C)-1201 層でTc が大幅に上昇する[ Tc(r=0) > 60 K, Tc-onset ≧ 90 K ]ことなどの特徴を持つ(Cu, C)系薄膜を基幹とする低温成長・高Tc 人工積層構造および天然多層型構造薄膜において、超伝導異方性の支配要因となっている電荷供給ブロック電子構造の制御を目的として、まず、独自に開発した酸素原子源（成長面入射密度1x10^16/cm^2*s）を同薄膜作製システムに結合させた。続いて、このシステムを用いた強度の酸化雰囲気中で試料膜の成長を実施した。その結果、超伝導発現領域が、界面歪みの制御を行わない場合、基板に接する１単位胞程度に局限され且つ上昇部分が行程降下する問題のあった人工積層膜において上部領域が高導電化するとともに超伝導シールディング信号が増大するなど上部層の超伝導化を示唆する結果が得られた。また、単一ターゲットを用いる実用的成長法では、上記原子源を用いた高強度酸化性雰囲気での成長が超伝導発現のための成長温度等のプロセス条件範囲を拡張することが明らかとなった。これらは膜成長雰囲気の制御がホールドープの促進、超伝導ブロック間の結合促進をもたらすことを示唆しており、本課題の目的である(Cu,C)系膜の低異方性化に繋がる成果と位置付けられる。
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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
人工積層構造、単一ターゲットからの多層構造薄膜ともに、独自に開発した酸素原子源を用いた成長時における反応場制御が電荷供給ブロックの高伝導度化、超伝導ブロックへのホールドープ促進に繋がる結果が得られており、当初の方針が妥当であったことを示している。この成果を電子構造変調幅がより大きい電荷供給ブロックに適用することで超伝導異方性の低減、多層構造における高臨界温度の発現促進に繋がると考えられ、目標達成のためのマイルストーンの一つに到達したと考える。以上から表記の区分にあると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
(Cu, C)系人工格子においては電荷供給ブロックとして過剰酸素を取り込み易く、更なる高伝導化が期待できるSrCuO2乃至CaCuO2層を用い、これら(Cu,C)-1201超伝導ブロックの積層構造を上記の高強度酸化性雰囲気で成長させることにより、超伝導ブロック間の超伝導結合・低異方性の極限を追求する。
全構成元素を同時供給する実用的堆積法においては、多層型(Cu,C)系におけるホール濃度が過剰酸素と炭酸基の濃度比に依存することに鑑み、膜成長時のガス雰囲気・酸素原子照射密度の関連性を調べ、電荷供給ブロックの高伝導化の観点から最適領域を明らかにする。
これらにより人工格子、多層構造の両者で低異方性化を追求する。
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| Causes of Carryover |
評価システムに用いているへリウムの消耗を抑制できたことにより冷媒費が減少したこと、当初計画していた高強度酸素原子ビーム源の高温部部品を耐熱性の高い材料への交換が今年度の実験範囲においては必要性が生じなかったことにより経費が軽減した。後者については、平成３０年度に購入する。また、次年度以降、低温実験の頻度が増えることにより寒剤費用も増えるので総額については計画通り執行する予定である。
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Research Products
(8 results)
