2019 Fiscal Year Research-status Report
Innovation of advanced functional high-Tc superconducting thin films by using discontinuous nano-scale linear defects
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19K04474
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
末吉 哲郎 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (20315287)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高温超伝導体 / 臨界電流密度 / 異方性 / 磁束ピンニング / 照射欠陥 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は，重イオン照射を利用して高温超伝導体中に不連続なナノ線状欠陥（径：4-8 nm，長さと間隔：数10 nm）をc軸方向からab面方向にわたって形成し，c軸，ab面のそれぞれの磁場方向での磁束ピン止めの特徴を明らかにすることである．
この目的に沿って令和元年度においては，希土類系高温超伝導体のc軸方向に不連続な線状欠陥を形成できる80 MeVのXeイオンを用いて，c軸に対して0度から80度まで傾斜して照射を行い，その照射欠陥構造を断面TEM像で観察し，またその磁束ピン止め特性について調べた．断面TEM像観察から，80 MeVのXeイオン照射ではGdBCO超伝導線材のc軸方向には不連続な線状欠陥は形成されるが，照射方向がc軸から20度傾くと，試料表面から1umの深さまで連続的な線状欠陥となり，45度傾斜した照射では膜厚2umの超伝導層全体にわたって太く連続的な線状欠陥が観察された．これは，照射方向によって線状欠陥の連続性が変わることを初めて実験的に明らかにした結果である．また，この磁束ピン止め特性について，臨界電流密度Jcの磁場角度依存性から調べると，(a) 照射エネルギーが低く(80 MeV)，(b) 照射方向が分散している(c軸方向とc軸から±45度で傾斜)ほど，広範囲の磁場方向にわたって，高Jcを示すことが明らかになった．この結果は，線状欠陥が不連続になるほど，またその方向分散が大きいほど，高Jcが得られやすいことを示唆している．すなわち，c軸から傾いた方向において不連続な柱状欠陥を導入する条件を明らかにすることが出来れば，さらに高Jcを実現する磁束ピン止め構造に迫れる手段を得られることになる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
令和元年度の成果としては，(1) 高温超伝導体に対する重イオン照射では，比較的低い照射エネルギーにおいては線状欠陥の連続性に照射方向依存性が現れること，(2) 線状欠陥の不連続化，方向分散化により，広範囲の磁場方向での高い臨界電流密を実現できること，を示すことができた．ただし，当初の令和元年度の計画での，まずc軸方向の不連続な線状欠陥の磁束ピン止め特性の全容を明らかにすることについては，比較的高い照射量での評価しかしておらず，超伝導性の劣化を抑えながらの不連続特有なピン止め効果を評価するまでには至っていない．令和元年度での成果(2)のメカニズムを明らかにするためにも，まず基本となるc軸方向での不連続な線状欠陥のピン止め特性を整理することが急務と考えられる．このため，現在までの進捗状況を”やや遅れている”と評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度では，Xeより質量の軽いイオン，すなわち80 MeV Krイオンや80 MeVのNiイオンを用いて高温超伝導薄膜や高温超伝導線材に照射を行うことで，c軸から傾斜した方向において不連続な線状欠陥の形成を試みる．この実験結果の延長線上では，高温超伝導体の膜面に対する小傾角のイオン照射を用いることで，低いエネルギーの軽イオンで効率的にピン止め点を導入できる可能性も期待している．また，全磁場方向の高Jc化を行う上でまず基本となるc軸方向での不連続な線状欠陥のピン止め特性を明らかにするために，高温超伝導体のc軸方向に対してイオン種を変えた照射を行い，径や不連続性が異なる線状欠陥を導入し，高い臨界電流密度Jcを実現するための線状欠陥の形状とそのピン止め特性のメカニズムを明らかにする．
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| Causes of Carryover |
（状況）照射試料として，当初パルスレーザー蒸着法により高温超伝導薄膜を作製することを想定し，原料ガス代として初年度に充てていたが，レーザー発振器の老朽化により，パルスレーザー蒸着法での試料作製を断念した．これに代わって，市販の高温超伝導線材や高温超伝導薄膜を購入し，照射試料として用いることにした．以上の理由により，これらの差額で，未使用額が生じた．
（使用計画）市販のYBa2Cu3Oy薄膜(Ceraco社製)の購入や，a軸方向へ照射欠陥を導入するための試料としてc軸面内配列a軸配向YBa2Cu3Oy薄膜の作製を依頼するために必要な基板材料SrLaGaO4と中間層Gd2CuO4のターゲット材料の購入に未使用額を使用し，令和2年度の研究計画を遂行する．
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Research Products
(7 results)
