2022 Fiscal Year Annual Research Report
Magnetic structure of superconductor/ferromagnet composites with fractal structure
| Project/Area Number |
21H01622
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
内野 隆司 神戸大学, 理学研究科, 教授 (50273511)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 超伝導近接効果 / ナノ結晶 / 放電プラズマ焼結 / フラクタル / ジョセフソン接合 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの実験結果から, Mg2Siの導入によって超伝導特性, 特に磁束ピンニング力が増大することが明らかとなった。一般的に超伝導体の磁束ピンニング力を向上させる手段として, 磁束ピンニング中心となる不純物を導入することがよく知られている。Mg/MgO/MgB2/Mg2Siナノ複合体におけるMg2Siがこのような磁束ピンニング中心として作用している可能性を考えてSiO添加, 非添加試料に磁束ピンニング解析を行った。しかしMg2Siの有無に関わらず磁束ピンニング機構が同じであるという結果が得られた。これはMg2Siが磁束ピンニング中心として作用しているわけではないことを表している。すなわち, Mg2Siは常伝導相の超伝導近接効果を増強する効果を有しており, 2次元的な磁束ピンニング力を向上させる作用を有していると考えられる。
アンドレーエフ反射を伴う超伝導近接効果の発現には, Mg2Siと常伝導相, つまりMgOとの界面状態が重要である。MgOは, Mg2Siが異なる格子定数をもつ結晶であるがクリーンなヘテロ界面を形成し得る。本研究で作製したMg/MgO/MgB2/Mg2Siナノ複合体におけるMgO/Mg2Si界面に関しても, 同様のドメインエピタキシー関係が形成され, 常伝導領域における平均自由行程の伸長をもたらしたと考えられる。その結果, アンドレーエフ反射による電子, 正孔の常伝導領域中の位相伝達が妨げられず, 超伝導近接効果が増強したと推測される。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究により, MgとSiOの反応過程で生じたMg2SiがMgOと格子整合することで常伝導領域における電気的接合が促進（常伝導領域コヒーレンス長の増大）されると共に, 縮退Mg2SiとMgB2界面でアンドレーエフ反射が通常反射を上回ることにより超伝導近接効果が促進され, それが結果的に磁束ピンニング力の増強をもたらすことが明らかとなった。以上の結果は，当初の予定通り，試料の作製と評価が行えたことにより得られたものである。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で，常伝導体マトリックス中に超伝導体をフラクタル的に分散させることで，超伝導体の体積分率が２０％程度と希薄であっても，バルク的な超伝導特性を示すことが明らかとなった。しかし，その物理的起源はまだ明らかになっていない。今後は，常伝導/超伝導のヘテロ界面の透過電子顕微鏡観察，ミュオン緩和実験，交流磁化測定等を通して，このような特異な超伝導近接効果の発現機構を明らかにしたい。
|
