2021 Fiscal Year Annual Research Report
Establishment and demonstration of the control of stacking faults for rare-earth based textured high temperature superconducting materials
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19K05006
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
元木 貴則 青山学院大学, 理工学部, 助教 (00781113)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下山 淳一 青山学院大学, 理工学部, 教授 (20251366)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 銅酸化物高温超伝導体 / 薄膜 / 単結晶 / 積層欠陥 / 臨界電流特性 / 水蒸気含有熱処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は、希土類系銅酸化物超伝導体の配向材料（単結晶、薄膜、大型擬単結晶バルク）に対して水蒸気を含む雰囲気下における熱処理による積層欠陥生成メカニズムの解明を目指すとともに、欠陥濃度の最適化による臨界電流特性の高機能化手法の開発に取り組んだ。はじめに、欠陥の少ないRE123単結晶体における積層欠陥導入による本質的な酸素拡散高速化機構について詳細に評価した。ボイドや欠陥が少なく極めて酸素拡散の進行の遅い単結晶体について、低酸素分圧かでの還元熱処理と水蒸気含有雰囲気中でのアニールを組み合わせることで固溶の抑制と積層欠陥の導入によって、200倍程度に拡散速度が大幅に増大することを明らかにした。
続いて、2軸配向薄膜について、これまでに知見の得られている水蒸気含有酸素雰囲気中熱処理による積層欠陥生成量と超伝導特性の関係を踏まえ、僅かに積層欠陥が導入され、かつこれらの欠陥が薄膜全体に拡散するような低温・低水蒸気分圧での長時間熱処理が大幅な特性改善に有効であることを明らかにした。これまで、積層欠陥導入薄膜では低磁場中で大きく臨界電流特性が改善する一方、磁場中では大きく低下するという課題があった。しかし、本年度の研究で、広い温度・磁場領域で後熱処理による特性改善が可能であることを突き止めた。さらに、水蒸気を含有していれば酸素中だけでなく二酸化炭素気流中熱処理でも特性改善効果があることを示し、水蒸気が本質的に積層欠陥生成に寄与することを明らかにした。これはあらゆる薄膜線材に対して、後熱処理による高機能化が可能になるという点で非常に汎用性が高い手法になりうるものである。
また、前年開発した大型擬単結晶とみなせるバルク材料の再現性・均質性の極めて高い手法について引き続き研究開発を進めた。
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