レーザー・プラズマハイブリッドCVDによる高配向超電導膜の高速合成

• 研究課題/領域番号: 11F01375
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 外国
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 後藤 孝 東北大学, 金属材料研究所, 教授
• 研究分担者: ZHAO Pei 東北大学, 金属材料研究所, 外国人特別研究員 ; ZHAO Pei 東北大学, 金属材料研究所, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 2013年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2012年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2011年度: 400千円 (直接経費: 400千円)
• キーワード: CVD / 高温超電導酸化物 / プラズマプロセス / 厚膜 / 電気伝導特性

研究概要

超電導機器の実用化に向けて、臨界電流密度の向上と超電導線材の作製コスト削減の両立が求められており、新しい超電導層の合成プロセスの開発が求められている。超電導体は、コイルや撚り線の形で使用することから、テープ状の線材として製造されるが、優れた超電導特性を得るためには、下地層および超電導層を、テープ基材上に結晶方位を揃えて成長させる必要がある。本研究では、高強度レーザーを援用した化学気相析出法を用いて、CeO_2下地層およびYBa_2Cu_3O_<7-δ>超電導層を合成する。本年度は、高い配向性を有する下地層および優れた超電導臨界電流密度を示す高温酸化物超電導体の合成プロセスを開発することを目的とした。
単結晶基板上にα軸に配向したCeO_2単結晶厚膜の合成に成功した。TEM観察においては、膜中に粒界は認められず、原子レベルで整合した界面を有していた。CeO_2単結晶厚膜は、高い透明性を示した。
さらに、原料供給系および原料の噴霧・気化器とレーザーCVDを組み合わせてYBa_2Cu_3O_<7-δ>沁膜を合成した。原料には、各金属のβ-ジケトン錯体をテトラヒドロフラン溶液に所定のモル比で混合したものを用いた。無脈動液体搬送ポンプを用いて加熱容器へ搬送して気化させることによって、精密に組成を制御した。本手法により合成したc軸配向YBa_2Cu_3O_<7-δ>膜は、実用レベルの高い超電導臨界電流密度2.7MA/cm^2を示した。TEM観察においては、膜中にらせん転位および積層欠陥の生成が認められた。これらの微細な欠陥構造は、超電導電流に対してピン止め効果を示すことで、臨界電流密度の向上に寄与したものである。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

研究成果

• [雑誌論文] Effect of deposition temperature on the orientation and electrical properties of Y Ba_2Cu_3O_<7-δ> films prepared by laser CVD using liquid-source evaporation (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Zhao, A. Ito, T. Goto
  • 雑誌名: Ceramics International 巻: 40 号: 1 ページ: 2057-2061
  • DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.07.118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of (100) CeO_2 and (110) YBa_2Cu_3O_<7-δ>s films by laser chemical vapor deposition (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Zhao, A. Ito, T. Goto
  • 雑誌名: Ceramics International 巻: 40 ページ: 605-609
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orientation control and electrical properties of YBa_2Cu_3O_<7-δ> deposited onto CeO_2 buffer films by laser chemical vapor deposition using liquid source precursors (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Zhao, A. Ito, T. Goto
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: (掲載決定) ページ: 92-96
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2014.05.040
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-J_c YBa_2Cu_3O_<7-δ> superconducting film grown by laser-assisted chemical vapor deposition using a single liquid source and its microstructure (2013)
  • 著者名/発表者名: P. Zhao, A. Ito, T. Kato, D. Yokoe, T. Hirayama, T. Goto
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 巻: 26 号: 9 ページ: 95016-95016
  • DOI: 10.1088/0953-2048/26/9/095016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser chemical vapor deposition of single-crystalline transparent CeO_2 films (2013)
  • 著者名/発表者名: P. Zhao, A. Ito, T. Goto
  • 雑誌名: Surface Coatings and Technology 巻: 235 ページ: 273-276
  • DOI: 10.1016/j.surfcoat.2013.07.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid deposition of YBCO films by laser CVD and effect of lattice mismatch on their epitaxial growth and critical temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: P. Zhao, A. Ito, T. Goto
  • 雑誌名: Ceramics International 巻: Volume39(Issue7, September 2013) 号: 7 ページ: 7491-7497
  • DOI: 10.1016/j.ceramint.2013.02.098
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed growth of YBa2Cu3O7-δ superconducting films on multilayer-coated Hastelloy C276 tape by laser-assisted MOCVD (2013)
  • 著者名/発表者名: P. Zhao, A. Ito, T. Kato, D. Yokoe, T. Hirayama, T. Goto
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 巻: 26 号: 5 ページ: 55020-55020
  • DOI: 10.1088/0953-2048/26/5/055020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ternary Phase Relation on Preparation of YBa_2Cu_3O_<7-δ> Films by Laser CVD (2011)
  • 著者名/発表者名: P.Zhao, A.Ito, R.Tu, T.Goto
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 484 ページ: 183-187
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.484.183
  • 査読あり
• [学会発表] Laser Chemical Vapor Deposition for High-J_c YBa_2Cu_3O_<7-δ> films (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Ito, P. Zhao, T. Goto
  • 学会等名: Electronic Materials and Applications 2014 (EMA2014)
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Preparation of CeO2 and YBCO superconducting films by laser CVD (2013)
  • 著者名/発表者名: Pei Zhao
  • 学会等名: Japan-Russia CVD Workshop
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所
  • 年月日: 2013-03-09
• [学会発表] High-speed preparation of (100)-oriented CeO2 films on Hastelloy C276 tape by laser chemical vapor deposition using single liquid source (2013)
  • 著者名/発表者名: Pei Zhao, Akihiko Ito, Rong Tu, Takashi Goto
  • 学会等名: 第51回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2013-01-09
• [学会発表] High-speed preparation of superconducting YBCO film by laser CVD (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Goto, P. Zhao, A. Ito
  • 学会等名: 10th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 10)
  • 発表場所: Coronado, USA
  • 招待講演
• [学会発表] High-speed Deposition of Superconducting Film by Laser Chemical Vapor Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Goto, P. Zhao, A. Ito
  • 学会等名: 9th World Congress of Chemical Engineering Incorporating 15th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress (WCCE)& APCChE 2013)
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] High-speed Deposition of Superconductor Film on a Metal Tape by Laser Chemical Vapor Deposition (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Goto, P. Zhao, A. Ito
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2013 (MS & T13)
  • 発表場所: Quebec, Canada
  • 招待講演
• [学会発表] Preparation of c-axis-oriented YBa_2Cu_3O_<7-δ> films by laser chemical vapor deposition using single liquid source (2012)
  • 著者名/発表者名: P.Zhao, A.Ito, R.Tu, T.Goto
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2012年年会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2012-03-19
• [学会発表] Preparation of c-axis-oriented YBa_2Cu_3O_<7-δ> film on Hastelloy C276 tape by laser chemical vapor deposition using a liquid source (2011)
  • 著者名/発表者名: P.Zhao, A.Ito, R.Tu, T.Goto
  • 学会等名: The 4^<th> International Symposium on Functional Materials (ISFM2011)
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2011-08-05
• [備考]
  • URL: http://www.rpip.tohoku.ac.jp/seeds/profile/175/
• [備考]
  • URL: http://www.rpip.tohoku.ac.jp/seeds/profile/175/
• [備考]
  • URL: http://www.rpip.tohoku.ac.jp/seeds/profile/175/