2019 Fiscal Year Annual Research Report
超高性能超伝導線材開発に向けたポスト人工ピン技術の創生
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18H01478
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
堀出 朋哉 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70638858)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石丸 学 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (00264086)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノコンポジット / 磁束ピンニング / ナノ粒子 / 多層膜 / 界面 / 高温超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノロッド＋ナノ粒子構造による磁束配置制御を議論した。BaHfO3ナノロッドとY2O3ナノ粒子を導入したYBCO膜を作製した。BaHfO3とY2O3添加量を変化させ、Jc特性の最適化を行ったところ、4.7vol%BaHfO3、4areal%Y2O3でJcが最大となることが分かった。透過型電子顕微鏡により20nm間隔でナノロッドが存在し、その間にYリッチなナノ粒子が存在していることを明らかにした。B//cでは高温(77K)ではJcは特に大きくなかったが、低温にするとJcが大きくなり4.2KのFp（＝JcB）の最大値は1.57TN/ｍ3という極めて大きな値となった。また等方的なナノ粒子のピンニングによりB//abにおいてもJcを向上させることができた。このようにナノロッドとナノ粒子のハイブリッドピンニング効果により磁束配置（エンタングルメント）を制御し、磁場方向によらずJcを向上させることを実証できた。
積層欠陥がJc特性に及ぼす影響の解析を進めた。第一原理計算を行い、積層欠陥近傍の原子配置を解析した。積層欠陥によるハイブリッドピンニング効果によりJc角度依存性（特にB//abのJc）が変化し、積層欠陥による界面構造変化によりJc温度依存性が変化する（低温Jcが向上する）ことを明らかにした。
YBCO薄膜におけるRe分布に着目して界面およびマトリックス内ピンニングセンターの制御を行った。YサイトをNdに置換し、置換量と成膜温度を変化させて、YBCO薄膜を作製した。NdはBaサイトに置換する可能性があり、低温で作製する必要があることが分かった。同薄膜にBaHfO3を導入すると高磁場でナノロッドを有する膜特有のJc挙動が見られていることを確認することができ、Re置換により界面やマトリックス構造を変化させたナノコンポジット膜作製の可能性を示した。
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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
BaHfO3ナノロッド＋Y2O3ナノ粒子構造できわめて高いJcを実証した。これは磁束エンタングルメント制御を効果的に行えたことに起因すると考えている。また積層欠陥による界面構造制御により低温Jcを向上させられることも示すことができた。原子配置との相関も定性的にではあるが議論できており、界面の効果を原子スケールから議論することも可能になってきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
BaHfO3とY2O3の組み合わせに関してはある程度最適化できていると考えており、さらなるJc向上には、ナノロッドとナノ粒子それぞれの材料探索が必要である。すでにYBCO+BaHfO3+Y2O3の組み合わせにおける添加量とJc変化の傾向を議論している。この結果と比較しながら、新材料についても添加量の最適化を進めることでより効率的な最適条件探索や磁束ピンニング理解に向けた有効な議論が進められると期待される。積層欠陥による界面構造制御はひずみおよび原子配置が大きく影響していることが分かってきた。積層欠陥とナノロッド界面の交差構造をもとにさらなる界面構造設計を行う必要がある。
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