2022 Fiscal Year Annual Research Report
銅酸化物高温超伝導体の電子相図に着目した臨界電流密度制御因子の解明
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21H01377
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
石田 茂之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90738064)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永崎 洋 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 首席研究員 (20242018)
辻本 学 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20725890)
西尾 太一郎 東京理科大学, 理学部第二部物理学科, 教授 (40370449)
柏木 隆成 筑波大学, 数理物質系, 講師 (40381644)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 臨界電流密度 / 銅酸化物高温超伝導体 / ドープ量依存性 / 磁束ピン止め / 超伝導臨界温度 / 電子相図 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度は銅酸化物高温超伝導体Bi2.1Sr1.9CaCu2O8+δの単結晶試料について、同一試料に対し繰り返しアニールを施して物性評価を行う手法を採用し、臨界電流密度Jcのドープ量依存性の抽出に成功した。その結果、従来知られていた過剰ドープ領域におけるJcの増大に加え、不足ドープ領域においてもJcが増大し、2つのピークを示すことを見出した。これは不足ドープ領域における新奇な磁束ピン止め機構あるいは超伝導パラメータの急激な変化を示唆する重要な結果であった。
そこで今年度は、化学組成の変化がJc特性および電子相図にどのような影響を及ぼすかを調べ、前年度の結果に対する理解の深化を目指した。BiとSrの比率の異なる試料（Bi2+xSr2-xCaCu2O8+δ）を作製した。キャリアドープ量制御と物性測定については、前年度に確立した手法を用いた。化学組成（Bi:Sr）が2.0:2.0、2.2:1.8、2.3:1.7の各試料についてJcのドープ量依存性を調べたところ、すべての組成でJcが不足ドープと過剰ドープでピークを示すことがわかった。これは前年度見出したJcの2つのピークが本質的なものであることを支持する。新たにわかったこととして、①Biの量が多くなるほど不足ドープ領域側のピークが抑制されていくこと、②Biの量が多くなるほど2つのピークが現れるドープ量が低ドープ側にシフトすること、が抽出された。これらは、化学組成が欠陥状態あるいは電子相図に影響を与え、Jcのドープ量依存性に変化をもたらしたと考えられる。一方で、Jcの大きさそのものについては系統的な結果とはなっていなかった。これは結晶育成時に生じる試料中の欠陥量などが異なっているためと推察される。加えて、Jcに及ぼす超伝導パラメータの影響を明らかにするため、強磁場施設（東北大金材研）にて磁化測定を行い、上部臨界磁場Hc2の評価を行った。
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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
前年度の結果をもとに研究を展開し、銅酸化物国温超伝導体のJc特性の化学組成に対する異常な敏感性を明らかにしたことは重要な成果と考える。また、強磁場施設（東北大金属材料研究所）を活用し、Jc決定に関わる基本超伝導パラメータである上部臨界磁場Hc2の評価（コヒーレンス長ξの見積もり）に着手した。また電気抵抗、ホール効果等の輸送特性評価も進めており、おおむね当初計画通りに進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度まで注力してきたBi2+xSr2-xCaCu2O8+δについて、Hc2のドープ量依存性を評価・決定する。またJc決定に関わるもう一つの基本超伝導パラメータである超流動密度の評価（磁場侵入長の見積もり）を実施し、そのドープ量依存性を明らかにする。これらを組み合わせることで、Bi2+xSr2-xCaCu2O8+δのJcの特異なドープ量依存性の起源を明らかにする。
上記に加え、Bi2+xSr2-xCaCu2O8+δ以外の銅酸化物高温超伝導体において同様の物性評価を実施し、その共通点・相違点を抽出することで、臨界電流特性と電子相図の関係を明らかにしていく。
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