高温超伝導薄膜線材のナノ欠陥最適化のための磁場中臨界電流特性精密評価

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420273
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 井上 昌睦 九州大学, システム情報科学研究科(研究院, 准教授 (80346824)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺西 亮 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70415941)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 超伝導 / 臨界電流 / 人工ピン / 電流電圧特性 / TFA-MOD法 / PLD法

Outline of Annual Research Achievements

塗布熱分解法において原料溶液の高純度化と結晶配向性制御により均一性の高いナノ粒子分散を得た高温超伝導膜の作製に成功した。また、2段階熱処理の導入等の熱処理条件の調整により従来法では実現できなかった2マイクロメートルの厚さを超えるクラックフリーな超伝導厚膜が作製できるようになった。膜厚2.5マイクロメートルの、イットリウムとガドリニウムの混晶系高温超伝導線材の臨界電流特性を広範な温度（4.2Kから77K）及び磁場（自己磁場から17テスラ）領域に亘り実験により系統的に調べた。その結果、ナノ粒子分散が磁場中の臨界電流特性を向上させるための人工ピンニングセンターとして機能していることが明らかとなった。具体的には、例えば、窒素の蒸気圧沸点である77Kでの性能指標に用いられる3テスラでの臨界電流値は、ナノ粒子を導入していない線材に比べて、約2.8倍に向上していることが確認された。我々の提出している物理モデルに基づいて、電流密度-電界特性から臨界電流密度の統計分布を抽出し、比較したところ、ナノ粒子分散を施した高温超伝導線材においては、分布の最小値が上昇するとともに分布の幅が狭まっていることが明らかとなった。これは、超伝導マトリクス内に揃ったピンが導入されていることを示唆するものである。塗布熱分解法に加えて、パルスレーザ蒸着法により作製された高温超伝導線材についても広範な温度、磁場領域に亘る臨界電流特性の計測を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、均一性の高いナノ粒子分散を実現した高温超伝導線材の臨界電流特性を系統的かつ詳細に計測、解析することにより、分散型ナノ粒子が磁場中の臨界電流を向上させる人工ピンニングセンターとして効果的に導入されていることを明らかとした。また、次年度以降に予定していたパルスレーザ蒸着法により作製された人工ピン導入高温超伝導線材の臨界電流特性の計測を先行して実施している。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定に準じて研究を遂行する。

Research Products

• [Journal Article] Current Transport Properties of TFA-MOD Processed Long-length YxGd1-xBa2Cu3Oy Coated Conductor Doped with BaZrO3 Artificial Pinning Centers (2015)
  • Author(s): M. Inoue, K. Tanaka, K. Imamura, K. Higashikawa, K. Kimura, Y. Takahashi, T. Koizumi, T. Hasegawa, S. Awaji, K. Watanabe, M. Yoshizumi, T. Izumi, T. Kiss
  • Journal Title: IEEE Trans. Appl. Supercond. Volume: 25 Pages: 6605804
  • DOI: 10.1109/TASC.2014.2387054
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of REBCO Coated Conductors by TFA-MOD Method with High Properties in Magnetic Fields (2015)
  • Author(s): K. Kimura, R. Hironaga, T. Nakamura, Y. Takahashi, T. Koizumi, T. Hasegawa, K. Higashikawa, M. Inoue, T. Kiss, M. Yoshizumi, T. Izumi, Y. Shiohara
  • Journal Title: IEEE Trans. Appl. Supercond. Volume: 25 Pages: 6604204
  • DOI: 10.1109/TASC.2014.2380773
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Current Limiting Mechanism in Long-Length RE123 Coated Conductor (2014)
  • Author(s): M. Inoue, K. Tanaka, K. Imamura, K. Higashikawa, T. Kiss, S. Awaji, K. Watanabe, M. Yoshizumi, T. Izumi
  • Organizer: Coated Conductors for Applications (CCA 2014)
  • Place of Presentation: Jeju Grand Hotel, Jeju, Korea
  • Year and Date: 2014-12-02
• [Presentation] In-field Critical Current Density of BaHfO3 doped PLD-REBCO Coated Conductors (2014)
  • Author(s): M. Inoue, K. Tanaka, K. Imamura, K. Higashikawa, T. Yoshida, M. Yoshizumi, T. Izumi, T. Kiss
  • Organizer: 27th Int. Sympo. on Superconductivity (ISS 2014)
  • Place of Presentation: Tower Hall Funabori, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2014-11-27
• [Presentation] BaHfO3人工ピンを導入したPLD-REBCO線材の磁場中臨界電流特性 (2014)
  • Author(s): K. Tanaka, M. Inoue, K. Imamura, K. Higashikawa, T. Yoshida, M. Yoshizumi, T. Izumi, T. Kiss
  • Organizer: 第75回 応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学，北海道
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] In-field Critical Current Property of PLD-GdBa2Cu3O7-δ Coated Conductor Deposited on Highly Oriented IBAD Substrate (2014)
  • Author(s): K. Tanaka, M. Inoue, T. Yokomizo, K. Imamura, K. Higashikawa, T. Kiss, S. Awaji, K. Watanabe, T. Taneda, M. Yoshizumi, T. Izumi
  • Organizer: Internaltional Union of Materials Research Societies - The IUMRS International Conference in Asia 2014 (IUMRS-ICA 2014)
  • Place of Presentation: Fukuoka University, Fukuoka, Japan
  • Year and Date: 2014-08-26
• [Presentation] Development of REBCO coated conductors by TFA-MOD method with high properties in magnetic fields (2014)
  • Author(s): K. Kimura, K. Takahashi, R. Hironaga, Y. Takahashi, Y. Hikichi, M. Minowa, T. Koizumi, T. Hasegawa, K. Higashikawa, M. Inoue, T. Kiss, T. Nakamura, M. Yoshizumi, T. Izumi, Y. Shiohara
  • Organizer: Applied Superconductivity Conference (ASC 2014)
  • Place of Presentation: Charlotte, NC, USA
  • Year and Date: 2014-08-14
• [Presentation] Current Transport Property of TFA-MOD Processed Long-length YxGd1-xBa2Cu3Oy Coated Conductor Doped with BaZrO3 Artificial Pinning Centers (2014)
  • Author(s): M. Inoue, T. Yokomizo, K. Tanaka, K. Imamura, K. Higashikawa, T. Kiss, K. Kimura, Y. Takahashi, T. Koizumi, T. Hasegawa, S. Awaji, K. Watanabe, M. Yoshizumi, T. Izumi
  • Organizer: Applied Superconductivity Conference (ASC 2014)
  • Place of Presentation: Charlotte, NC, USA
  • Year and Date: 2014-08-14
• [Presentation] Enhancement of In-field Jc in GdBa2Cu3O7-δ Coated Conductor by Using Highly Oriented IBAD Substrate (2014)
  • Author(s): M. Inoue, K. Tanaka, K. Imamura, K. Higashikawa, T. Kiss, S. Awaji, K. Watanabe, T. Taneda, M. Yoshizumi, T. Izumi
  • Organizer: 25th International Cryogenic Engineering Conference & International Cryogenic Materials Conference 2014 (ICEC 25-ICMC 2014)
  • Place of Presentation: University of Twente, Enschede, The Netherlands
  • Year and Date: 2014-07-08
• [Remarks] 九州大学研究者情報
  • URL: http://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K000241/