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

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01377
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 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

Outline of Annual Research Achievements

前年度までに、銅酸化物高温超伝導体Bi2+xSr2-xCaCu2O8+δの単結晶を用いて、臨界電流密度Jcのキャリアドープ量依存性およびその化学組成（Bi:Sr比）の違いが及ぼす影響について調べた。その結果、Bi:Sr比に依らずJcは不足ドープ領域と過剰ドープ領域の2か所にピークを示すこと、ピークの大きさと位置（ドープ量p）はBi:Sr比に依存することを明らかにしてきた。また、上部臨界磁場Hc2（コヒーレンス長ξ）の評価にも着手した。
今年度は、Bi2+xSr2-xCaCu2O8+δのHc2および超流動密度ρs（磁場侵入長λ）のドープ量依存性の評価を実施した。その結果、今回調整したドープ量の範囲（0.09≦p≦0.21）では、Hc2およびρsは不足ドープから過剰ドープに向けて単調に増大する結果を得た。この結果は、Jcのドープ量依存性に見られた不足ドープ領域におけるピークは、超伝導パラメータの変化ではなく、主たる磁束ピン止め中心の性質の変化（あるいは出現）に起因することを示唆する。Jcの温度依存性および磁場依存性の解析を行った結果からは、不足ドープ側における主たる磁束ピン止め機構は比較的大きな（コヒーレンス長程度の）欠陥であると考えられる。その起源として、電子相図由来（競合秩序など）と化学組成/結晶構造の変化の2つの可能性を検討している。
その他の銅酸化物高温超伝導体のJc特性の評価にあたり、最も高い超伝導臨界温度Tcを持つHgBa2Ca2Cu3O8+δを対象とした。フラックス法を用いて、Hgの一部をReで置換した(Hg,Re)Ba2Ca2Cu3O8+δの単結晶試料を作製することに成功した。得られた単結晶試料についてJc等の超伝導特性の評価を行い、Bi系銅酸化物との比較を行った。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ウィーン工科大学(オーストリア)
  • Country Name: AUSTRIA
  • Counterpart Institution: ウィーン工科大学
• [Journal Article] Single-Crystal Growth and Characterization of Cuprate Superconductor (Hg,Re)Ba2Ca2Cu3O8+δ (2024)
  • Author(s): Mino Yutaro、Ishida Shigeyuki、Kato Junichiro、Nakagawa Shungo、Kashiwagi Takanari、Nozue Takahiro、Takeshita Nao、Kihou Kunihiro、Lee Chul-Ho、Nishio Taichiro、Eisaki Hiroshi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 93 Pages: 044707
  • DOI: 10.7566/JPSJ.93.044707
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single-Crystal Growth of a Cuprate Superconductor with the Highest Critical Temperature (2024)
  • Author(s): Mino Yutaro、Ishida Shigeyuki、Kato Junichiro、Nakagawa Shungo、Kashiwagi Takanari、Nozue Takahiro、Takeshita Nao、Kihou Kunihiro、Lee Chul-Ho、Nishio Taichiro、Eisaki Hiroshi
  • Journal Title: JPS Hot Topics Volume: 4 Pages: 015
  • DOI: 10.7566/JPSHT.4.015
  • Open Access
• [Presentation] Single crystal growth of high-Tc superconductor (Hg,Re)Ba2Ca2Cu3O8+δ (2023)
  • Author(s): Mino Yutaro, Ishida Shigeyuki, Kato Junichiro, Nakagawa Shungo, Kashiwagi Takanari, Nozue Takahiro, Takeshita Nao, Kihou Kunihiro, Lee Chul-Ho, Nishio Taichiro, Eisaki Hiroshi
  • Organizer: International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Doping dependence of Hirr(T) and 1/λ2(T) in Bi-2212 (2023)
  • Author(s): J. Kato, Y. Mino, T. Nishio, T. Okada, S. Awaji, S. Nakagawa, T. Kashiwagi, S. Ishida, H. Eisaki
  • Organizer: The 36th International Symposium on Superconductivity (ISS2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Single crystal growth of high-Tc superconductor (Hg,Re)Ba2Ca2Cu3O8+δ (2023)
  • Author(s): Y. Mino, S. Ishida, J. Kato, S. Nakagawa, T. Kashiwagi, T. Nozue, N. Takeshita, K. Kihou, C. H. Lee, PavanKumarNaik Sugali, T. Nishio, H. Eisaki
  • Organizer: The 36th International Symposium on Superconductivity (ISS2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hg1223銅酸化物高温超伝導体の単結晶育成と物性評価Ⅱ (2023)
  • Author(s): 三野裕太郎、石田茂之、加藤準一郎、中川駿吾、柏木隆成、野末隆広、竹下直、木方邦宏、李哲虎、スガリ・パバン・クマールナイク、西尾太一郎、永崎洋
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会
• [Presentation] 角度分解光電子分光による銅酸化物高温超伝導体Bi2Sr2CaCu2O8+δの電子相図の再検討 (2023)
  • Author(s): 坪田悠希、宮井雄大、Shiv Kumar、田中清尚、石田茂之、永崎洋、中川駿吾、柏木隆成、有田将司、島田賢也、出田真一郎
  • Organizer: 日本物理学会 第78回年次大会