2019 Fiscal Year Research-status Report

超伝導体の反磁性に着目した極微少磁場の遮蔽

Research Project

Project/Area Number	19K21877
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	岩下芳久京都大学, 化学研究所, 准教授 (00144387)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	不破康裕国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究職 (00817356) 栗山靖敏京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (60423125) 頓宮拓京都大学, 化学研究所, 技術職員 (10397523)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2022-03-31
Keywords	極低温 / 微少磁場遮蔽 / マイスナー効果 / 超伝導 / 薄膜 / 異方性磁気抵抗 / 超伝導空胴 / 信号多重化
Outline of Annual Research Achievements	磁場は多くの物理研究で重要な位置を占め、多くの物理実験の測定項目では微少磁場の制御を必要とする。超伝導加速空胴は小電力で高電界発生が可能だが、素材のニオブは第Ⅱ種超伝導体であり、超伝導転移時に周囲磁束を捕捉すると運転時の損失が増加するため微少磁気遮蔽が重要である。更なる省電力化を目指す際、微少磁気遮蔽の強化は必須である。そこで、極低温における微小磁場の効果的遮蔽が重要となってくる。従来、磁気遮蔽には高透磁率磁性素材が使われるが、極低温用の素材も極低温、微小磁場領域では透磁率が下がり、磁気遮蔽効果が薄れる傾向がある。また、機械的歪みを嫌うなど取り扱いが容易ではなく、高価である。そこで、完全反磁性となる超伝導体のマイスナー効果に着目して微少磁場の遮蔽効果の研究を始めている。極微小磁場の遮蔽の効果を見るためには、極低温下での高感度磁場測定が必要である。そこで、まず極低温下で測定可能なBartington Instruments 社製のFluxGate計測器（１軸）を用いて試験を行ったが、遮蔽時の磁場分布が複雑であり、一カ所の１軸だけで磁場を計測していても実際の遮蔽の確認に至らないことが明白になった。極低温下のセンサー移動は容易ではないため、多軸、複数点での測定器の開発をすすめた。高感度のAMR（Anisotropic-Magneto-Resistive）型の３軸センサーを選出し、５個の３軸センサーを極低温下で駆動して、それらの信号を多重化により電源含め、８本のケーブルで室温側に持ってくることに成功した。極低温下でFluxGate計測器の出力と比較したところ、ほぼ同レベルの信号が得られることを確認した。これにより、極低温における微小磁場の遮蔽効果を効率的に調べることが出来るようになった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 測定装置の開発に注力したため実測定の予定がずれ込んだが、COVID-2019の影響で出張が控えられるなど、実験試行に遅れが出ている。
Strategy for Future Research Activity	COVID-2019の余波で移動制限や、機材導入の目処が立たないなど、要員確保や実験推進に支障を来す状況にある。また、成果発表を行う予定であった国内学会や国際会議も相次いでキャンセルになっている。当面、データの解析や設計、小規模実験など、状況を勘案しながら、推進可能な部分について進めたい。
Causes of Carryover	COVID-2019の余波で移動制限や、機材導入の目処が立たないなど、要員確保や実験推進に支障を来す状況にある。また、成果発表を行う予定であった国内学会や国際会議も相次いでキャンセルになっている。当面、データの解析や設計、小規模実験など、状況を勘案しながら、推進可能な部分について進めたい。