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ナノ構造制御による高温超伝導薄膜線材の超伝導特性向上及び磁束ピンニング機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 16J02416
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関名古屋大学

研究代表者

三浦 峻  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード銅酸化物超伝導体 / 人工ピンニングセンター / 磁束ピンニング / 結晶成長 / ナノロッド / 臨界電流 / パルスレーザー蒸着法 / REBCO線材
研究実績の概要

本研究では強磁場発生マグネット応用へ向けた、ナノ構造制御ピンニングセンター導入REBCO超伝導線材の磁場中臨界電流特性向上を目的とした。特に測定温度50 K以下の低い測定温度における強磁場中臨界電流特性向上及びその磁束ピンニング機構を検討した。パルスレーザー蒸着法によりBaHfO3(BHO)不純物添加SmBa2Cu3Oy(SmBCO)超伝導線材を作製し、その臨界電流特性を評価した。作製時における成膜環境によりBHOピンニングセンターおよび超伝導母相内の結晶欠陥の数密度、サイズ、形状などを詳細に制御することで臨界電流特性の向上を実現した。
本研究で作製したBHO添加SmBCO超伝導膜は、測定温度4.2 Kにおいて世界記録(~1.7 TN/m3)に匹敵する巨視的ピン力密度1.6 TN/m3を示した(APL Materials 4 (2016) 016102)。同試料の測定温度40 K、印加磁場3 Tにおける様々な磁場印加角度に対する臨界電流密度の最小値は6.4 MA/cm2であり、この値は既に実用化されているNb-Ti超伝導線材の測定温度4.2 Kにおける臨界電流密度の12倍以上高い値である。
有効質量モデルにより、測定温度4.2 Kにおいては、量子化磁束のコアの直径より微細な欠陥が主要なピンニングセンターであることを明らかにした。また、その微細な欠陥はBHOピンニングセンターにより高密度に誘起されることが示唆された。
本研究では強磁場発生超伝導マグネットへ向けたREBCO高温超伝導線材の結晶成長プロセス制御による臨界電流特性の向上を行い、またその磁束ピンニング現象解明に関する新たな知見を得た。本研究で得られた技術により、強磁場発生超伝導マグネットの大幅な低コスト・コンパクト化が実現されると考えられる。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Vortex Pinning Properties at Grain Boundary in SmBa2Cu3Oy Superconducting Films with BaHfO3 Nano-rods Controlled via Low-Temperature Growth2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Miura, Yusuke Ichino, Yutaka Yoshida, Ataru Ichinose, Akihiro Tsuruta
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 27 号: 4 ページ: 8001505-8001505

    • DOI

      10.1109/tasc.2016.2638543

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Three-dimensional Monte Carlo simulation of nano-rods self-organization in REBa2Cu3Oy thin films grown by vapor phase epitaxy2017

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ichino, Yutaka Yoshida, Shun Miura
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 1 ページ: 015601-015601

    • DOI

      10.7567/jjap.56.015601

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Nanorod Alignment on Flux Pinning State in BaHfO3 Doped SmBa2Cu3Oy Films2017

    • 著者名/発表者名
      Yuji Tsuchiya, Shun Miura, Qianyu Xu, Yusuke Ichino, Yutaka Yoshida, Satoshi Awaji, Kazuo Watanabe
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 27 号: 4 ページ: 800805-800805

    • DOI

      10.1109/tasc.2016.2646838

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Delocalization of vortex in SmBa2Cu3O7-δ superconducting films with BaHfO3 nano-rods2016

    • 著者名/発表者名
      Yuji Tsuchiya, Satoshi Awaji, Kazuo Watanabe, Shun Miura, Yusuke Ichino, Yutaka Yoshida, Kaname Matsumoto
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 120 号: 10 ページ: 103902-103902

    • DOI

      10.1063/1.4962398

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Random pinning centers in SmBa2Cu3Oy films induced by discontinuous BaHfO3 nanorods fabricated by the low temperature growth technique2016

    • 著者名/発表者名
      Yuji Tsuchiya, Shun Miura, Keisuke Suzuki, Junichi Nishiyama, Yusuke Ichino, Satoshi Awaji, Yutaka Yoshida
    • 学会等名
      International Cryogenic Materials Conference in Asia, and joint conference on 50-years celebration of the Cryogenics and Superconductivity Society of Japan
    • 発表場所
      金沢歌劇座(石川県金沢市)
    • 年月日
      2016-11-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低温成膜により制御したBaHfO3ナノロッドを有するSmBa2Cu3Oy超伝導薄膜のJc特性2016

    • 著者名/発表者名
      三浦峻、一野祐亮、徐千語、吉田隆、一瀬中、淡路智、松本要
    • 学会等名
      2016年第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 異なるレーザー周波数及び成膜温度によるSmBa2Cu3Oy超伝導薄膜の表面形状2016

    • 著者名/発表者名
      島崎直人、三浦峻、土屋雄司、一野祐亮、吉田隆
    • 学会等名
      平成28年度電気・電子・情報関係学会東海支部連合大会
    • 発表場所
      豊田工業高等専門学校(愛知県豊田市)
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Strongly enhanced vortex pinning in the SmBCO coated conductor2016

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yoshida, Shun Miura, Yuji Tsuchiya, Yusuke Ichino, Satoshi Awaji, Kaname Matsumoto, Ataru Ichinose
    • 学会等名
      Coated Conductors for Applications 2016
    • 発表場所
      Aspen, United States of America
    • 年月日
      2016-09-11
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of nano-rods on vortex pinning state in BaHfO3 doped SmBa2Cu3Oy films deposited by low temperature growth technique2016

    • 著者名/発表者名
      Yuji Tsuchiya, Satoshi Awaji, Shun Miura, Yuya Doki, Yusuke Ichino, Yutaka Yoshida, Kaname Matsumoto, Teruo Izumi, Kazuo Watanabe
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2016
    • 発表場所
      Denver, United States of America
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Strongly enhanced vortex pinning in the SmBCO coated conductor with high density and fine inclined nanorods2016

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Yoshida, Shun Miura, Yusuke Ichino, Yuji Tsuchiya, Satoshi Awaji, Ataru Ichinose, Kaname Matsumoto, Akira Ibi, Teruo Izumi, Takeharu Kato
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2016
    • 発表場所
      Denver, United States of America
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Jc anisotropy at low measurement temperatures in SmBa2Cu3Oy superconducting tapes with BaHfO3 controlled via low-temperature growth2016

    • 著者名/発表者名
      Shun Miura, Yutaka Yoshida, yuji Tsuchiya, Qianyu Xu, Yuya Doki, Yusuke Ichino, Satoshi Awaji, Kaname Matsumoto, Ataru Ichinose
    • 学会等名
      Applied Superconductivity Conference 2016
    • 発表場所
      Denver, United States of America
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低温成膜手法により作製したBaHfO3添加SmBa2Cu3Oy薄膜線材の低温強磁場中磁束ピンニング特性2016

    • 著者名/発表者名
      土屋雄司、三浦峻、道木裕也、一野祐亮、吉田隆、淡路智、渡辺和雄、松本要
    • 学会等名
      2016年度春季(学会50周年記念)低温工学・超電導学会
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • 年月日
      2016-05-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 低温成膜手法により作製したBaHfO3添加SmBa2Cu3Oy薄膜線材の低測定温度域における臨界電流特性2016

    • 著者名/発表者名
      三浦峻、吉田隆、一野祐亮、土屋雄司、徐千語、道木裕也、淡路智、松本要
    • 学会等名
      2016年度春季(学会50周年記念)低温工学・超電導学会
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • 年月日
      2016-05-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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