低成長温度(Cu,C)系超伝導薄膜材料の多層構造化による高性能化・新機能発現

• 研究課題/領域番号: 20560305
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 寺田 教男 鹿児島大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (20322323)
• 研究分担者: 奥田 哲治 鹿児島大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (20347082) ; 小原 幸三 鹿児島大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (10094129)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2010年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2009年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2008年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 超伝導材料・素子 / 量子エレクトロニクス / 強相関エレクトロニクス / 表面・界面物性 / 酸化物人工格子

研究概要

超伝導を利用したデバイスは、超高速動作、低消費電力といった高いポテンシャルを持つ、反面、毒性元素の含有、高い形成温度・超伝導異方性などの応用上の問題を持つ高温超伝導体に対して、本研究では毒性元素を含まず、多層化することで超伝導転移温度が向上すると期待されているCu系高温超伝導体に注目し、その薄膜材料化を目指した。この系はバルクにおいては高温高圧化でのみ成長する準安定層であるが、まず、炭酸基添加と格子ミスフィット率が比較的小さい単結晶基板上でのエピタキシャル成長よる構造安定化により、低成長温度500から600℃において、(Cu,C)-1201構造の薄膜形成に成功した。この薄膜の表面凹凸が、当初、ユニットセル高さの数倍と、一層の特性向上が見込める多層化への移行が困難であったことから、続いて、基板と薄膜の中間の格子定数・類似の結晶構造を持つSrCuO_2をバッファとして挿入する手法を導入した。その結果、超伝導性と多層型に必要平坦性を合わせ持つ(Cu,C)-1201の作製条件の確立に成功した。この上に1201層とCaCuO_2無限層を交互堆積した[CaCuO_2/(Cu,C)-1201]×N構造を行ったところ、T_<c-onset>:100K、T_<c(ρ=0)>:70K級の高い超伝導特性を持つ超伝導薄膜の作製に成功した。多層構造試料の構造解析結果から、CaCuO_2-(Cu,C)-1201界面における歪効果が、この超伝導特性の大幅な向上の起源であることが明らかとなった。以上により、人工積層手法による、毒性元素を含まず、高臨界温度を有する高温超伝導薄膜材料の創成という本研究課題の目的を達成したと考える。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of Electronic Structure of Grain Boundaries in CIGSAbsorber Layers by Kelvin Probe Force Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Fukae, H.Ichiki, H.Kashiwabara, T.Shiota, A.Yamanda, S.Ishizuka, K.Matsubara, S.Niki, Y.Yoshimura, N.Terada
  • 雑誌名: Proc.26th European Photovoltaic Sci.Engng.Conf. ページ: 3349-3352
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Smooth and Superconducting (Cu,C)-Ba-O_2/CaCuO_2/(Cu,C)-Ba-O Films using SrCuO_2 Buffer (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto, K.Tanaka, A.Yamanaka, T.Okuda, K.Tokiwa, A.Iyo, Y.Tanaka, A.Sundaresan, N.Terada
  • 雑誌名: Physica C vol.470
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ characterization of transport properties of (Cu, C)sysytem thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Kikunaga, T.Yamamoto, Y.Tanaka, N.Kikuchi, T.Tokiwa, T.Watanabe, N.Terada
  • 雑誌名: Physica C vol.470 ページ: 678-681
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ characterization of transport properties of (Cu,C)sysytem thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Terada, et al.
  • 雑誌名: Physica C 巻: 470 ページ: 678-681
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Smooth and Superconducting (Cu,C)-Ba-O/CaCuO_2/(Cu,C)-Ba-O Films using SrCuO_2 Buffer (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Terada, T.Okuda, et al.
  • 雑誌名: Physica C 巻: 470
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulse laser deposition synthesis of superconducting (Cu,C)Ba_2CuO_x thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Terada, et al.
  • 雑誌名: Physica C 巻: 470 ページ: 1916-1919
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Electronic Structure of Grain Boundaries in CIGS Absorber Layers by Kelvin Probe Force Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Terada, et al
  • 雑誌名: Proc.26th European Photovoltaic Sci.Engng.Conf. ページ: 3349-3352
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of High Efficiency CIGS Solar Cells and submodules by Multi-layer Evaporation (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Terada, et al.
  • 雑誌名: Proc.26th European Photovoltaic Sci.Engng.Conf. ページ: 2846-2848
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase diagram of a lattice of pancake vortex molecules (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Tanaka, A.Crisan, D.D.Shivagan, A.Iyo, P.M.Shirage, K.Tokiwa, T.Watanabe, N.Terada
  • 雑誌名: Physica C vol.469 ページ: 1129-1131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Properties of the Heusler Alloys(Fe_<1-x>Co_x)_2MnSi (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Kondo, I.Yano, I.Shigeta, M.Ito, M.Hiroi, H.Manaka, N.Terada
  • 雑誌名: J.Phys.: Conf.Series vol.150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hole-doping effect on the magnetic state of delafossite oxide CuCrO_2 (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Okuda, Y.Beppu, Y.Fujii, T.Kishimoto, K.Uto, T.Onoe, N.Jufuku, S.Hidaka, N.Terada, S.Miyasaka
  • 雑誌名: J.Phys.: Conf.Series vol.150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Percolated-Induced Ferrimagnetism (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Manaka, S.Nagata, Y.Watanabe, K.Kikunaga, T.Yamamoto, N.Terada, K.Obara
  • 雑誌名: J.Phys.: Conf.Series vol.145
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase diagram of a lattice opancake vortex molecules (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Tanaka, A.Crisan, D.D.Shivagan, A.Iyo, P.M.Shirage, K.Tokiwa, T.Watanabe, N.Terada
  • 雑誌名: Physica C vol.469 ページ: 1129-1131
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ characterization of transport properties of superconducting (Cu, C)-1201 films (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Kikunaga, T.Yamamoto, M.Mitsunaga, Y.Mahara, Y.Tanaka, N.Kikuchi, K.Tokiwa, T.Watanabe, N.Terada
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf.Series vol.150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-Liquid State Study of Equilateral Triangle S=3/2 Spin Tubes Formed in CsCrF_4 (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Manaka, Y.Hirai, Y.Hachigo, M.Mitsunaga, M.Ito, N.Terada
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan vol.78
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetism and spin-glass transitions in the Heusler compounds Ru_<2-x>Fe_xCrSi (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Hiroi, T.Rokkaku, K.Matsuda, T.Hisamatsu, I.Shigeta, M.Ito, T.Sakon, K.Koyama, K.Watanabe, S.Nakamura, T.Nojima, T.Nakano, L.Chen, T.Fujiwara, Y.Uwatoko, H.Manaka, N.Terada
  • 雑誌名: Phys.Rev.B vol.79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of suoerconducting (Cu, C)-Ba-O films on SuCuO_2 buffer by pulsed laser deposition (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto, K.Kikunaga, M.Mitsunaga, T.Okuda, K.Obara, N.Kikuchi, Y.Tanaka, K.Tokiwa, T.Watanabe, N.Terada
  • 雑誌名: J.Phys.Conf.Series vol.150
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ characterization of transport properties of(Cu, C)-1201 films (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase diagram of a lattice of pancake vort ex molecule (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 雑誌名: Physica C 469-15 ページ: 1129-1131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of superconducting(Cu, C)-Ba-O films on SrCuO_2 buffer by pulsed laser deposition (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 奥田哲治, 小原幸三
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Properties of the Heusler Alloys(Fe_<1-x>Co_x)_2MnSi (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Percolated-Induced Ferrimagnetism (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 小原幸三
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 145
  • 査読あり
• [雑誌論文] (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男(共著)
  • 雑誌名: 太陽電池 革新的技術全集 2009版(技術情報協会)
• [雑誌論文] In-situ characterization of transport properties of superconducting (Cu, C)-1201 films (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 小原幸三, 奥田哲治
  • 雑誌名: Journal of Physics 150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of superconducting (Cu, C)-Ba-O films on SrCuO2 buffer by pulsed laser deposition (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 小原幸三, 奥田哲治
  • 雑誌名: Journal of Physics 150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic properties of the Heusler alloys Fe2-xCoxMnSi (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 雑誌名: Journal of Physics 150
  • 査読あり
• [雑誌論文] Progress in CIGS solar cell technologies (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Niki, S.Ishizuka, K.Matsubara, K.Tampo, H.Komaki, Y.Kamikawa, K.Maejima, T.Yoshiyama, K.Mizukoshi, A.Yamada, H.Nakanishi, N.Terada
  • 雑誌名: IEEE Laser Electro-Opt.Soc. ページ: 95-96
  • 査読あり
• [雑誌論文] AC-Susceptibility study on vortex-molecule lattice in supermultilayer cuprate (2008)
  • 著者名/発表者名: D.D.Shivagana, P.M.Shiragea, A.Crisanb, Y.Tanaka, A.Iyo, K.Tokiwa, T.Watanabe, N. Terada
  • 雑誌名: Physica C vol.468 ページ: 1281-1286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conversion from transparent antiferromagnet KNiF_3 to transparent ferrimagnets (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Manaka, Y.Watanabe, K.Kikunaga, T.Yamamoto, N.Terada, K.Obara
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. vol.92
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex melting line and anisotropy of a multilayered superconductor (2008)
  • 著者名/発表者名: D.D.Shivagan, P.M.Shirage, A.Crisan, Y.Tanaka, A.Iyo, Y.Kodama, K.Tokiwa, T.Watanabe, N.Terada, N. Hamada
  • 雑誌名: Supercond.Sci.Technol. vol.21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Specific Heat of Delafossite Oxide CuCr_<1-x>Mg_xO_2 for 0≦x≦0.03 (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Okuda, Y.Beppu, Y.Fujii, T.Onoe, N.Terada, S.Miyasaka
  • 雑誌名: Phy.Rev.B 77
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex melting line and dimensional crossover (2008)
  • 著者名/発表者名: D.D.Shivagan, P.M.Shirage, A.Crisan, Y.Tanaka, A.Iyo, Y.Kodama, K.Tokiwa, T.Watanabe, N.Terada, N.Hamada
  • 雑誌名: Physica C vol.468 ページ: 749-752
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulsed laser deposition synthesis of superconducting (Cu, C)-Ba-O thin film (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto, K.Kikunaga, K.Takeshita, K.Obara, T.Okuda, N.Kikuchi, Y.Tanaka, K.Tokiwa, T.Watanabe, N.Terada
  • 雑誌名: Vacuum 83 ページ: 531-533
  • 査読あり
• [雑誌論文] AC-Susceptibility study on vortex-molecule lattice in supermultilaver cuprate HgBa2Can-1CunO2n+2+d (n=14) (2008)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 雑誌名: Physica C 468 ページ: 1281-1286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex melting line and dimensional crossover in Ba2Can-1CunO2n (O1-y, Fy)2 cuprate superconductors (2008)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 雑誌名: Physica C 468 ページ: 749-752
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vortex melting line and anisotropy of a Ba2Ca3Cu4O8(O1-yFy)2 multilayered superconductor (2008)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 雑誌名: Superconductor Science and Technology 21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulsed laser deposition synthesis of superconducting (Cu, C)-Ba-Othin films (2008)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 小原幸三, 奥田哲治
  • 雑誌名: Vacuum 83 ページ: 531-533
  • 査読あり
• [学会発表] PES/IPESによるIn-S系材料の電子構造評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: 第58回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: (第58回応用物理学関連連合講演会CD-予稿集上)
  • 年月日: 2011-03-27
• [学会発表] 電子分光法によるバッファ層およびバッファ/CIGS層界面の電子構造評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: 第58回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: (第58回応用物理学関連連合講演会CD-予稿集上)
  • 年月日: 2011-03-27
• [学会発表] (Cu,C)系高温超伝導膜・積層構造のin-Situ光電子分光による評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: 第58回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: (第58回応用物理学関連連合講演会CD-予稿集上)
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] バッファ層挿入による(Cu,C)系高温超伝導膜の平坦化・極薄層化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: 第58回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: (第58回応用物理学関連連合講演会CD-予稿集上)
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] Characterization of Electronic Structure of Grain Boundaries in CIGS Absorber Layers by Kelvin Probe Force Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Fukae, H.Ichiki, H.Kashiwabara, T.Shiota, A.Yamanda, S.Ishizuka, K.Matsubara, S.Niki, Y.Yoshimura, N.Terada
  • 学会等名: 25th European Photovoltaic Sci.Engng.Conf.
  • 発表場所: Valencia, Spain
  • 年月日: 2010-09-07
• [学会発表] Characterization of Electronic Structure of Grain Boundaries in CIGS Absorber Layers by Kelvin Probe Force Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Terada, et al.
  • 学会等名: 26th European Photovoltaic Sci.Engng.Conf.
  • 発表場所: バレンシア市、スペイン
  • 年月日: 2010-09-06
• [学会発表] 超伝導(Cu, C)系積層構造の作製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: 第57回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学(神奈川県)
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] 多成分超伝導の渦糸分子 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: 第57回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学(神奈川県)
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] 電子分光法によるバッファ層およびバッファ/CIGS層界面の電子構造評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 柏原博豪, 石塚省吾, 桜井啓一郎, 松原浩司, 山田昭政, 中田時夫
  • 学会等名: 第57回応用物理学関係連合講演会シンポジウム[招待講演]
  • 発表場所: 平塚市
  • 年月日: 2010-03-17
• [学会発表] 電子分光法によるバッファ層およびバッファ/CIGS層界面の電子構造評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: 第57回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学(神奈川県)
  • 年月日: 2010-03-17
• [学会発表] 正・逆光電子分光を用いた太陽電池構造の界面・粒界の評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: 第1回薄膜太陽電池セミナー(第36回アモルファルセミナー)
  • 発表場所: じゅうろくプラザ(岐阜市)
  • 年月日: 2009-10-28
• [学会発表] CBD-ZnS(O, OH)膜の電子構造・化学的結合状態の評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 奥田哲治
  • 学会等名: 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
  • 年月日: 2009-09-12
• [学会発表] Topology of two-band superconductors (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity(M2S-IX)
  • 発表場所: 京王プラザホテル(東京都)
  • 年月日: 2009-09-11
• [学会発表] Synthesis of(Cu, C)-Ba-Ca-O Films by Pulsed Laser Deposition (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 奥田哲治, 小原幸三
  • 学会等名: Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity(M2S-IX)
  • 発表場所: 京王プラザホテル(東京都)
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] Synthesis of Smooth and Superconducting(Cu, C)-Ba-O/CaCuO_2/(Cu, C)-Ba-O Films Using SrCuO_2 Buffer (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 奥田哲治, 小原幸三
  • 学会等名: Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity(M2S-IX)
  • 発表場所: 京王プラザホテル(東京都)
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] 多成分超伝導の成分間位相差ソリトン (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学(茨城県)
  • 年月日: 2009-04-02
• [学会発表] Synthesis of Superconducting (Cu, C)-Ba-Ca-O Thin Films by Pulsed Laser Deposition using Single Target (2008)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 小原幸三, 奥田哲治
  • 学会等名: IUMRS-ICA
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2008-12-09
• [学会発表] In-situ characterization of transport properties of superconducting (Cu, C)-1201 films (2008)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 小原幸三, 奥田哲治
  • 学会等名: 25th Low Temperature Physics
  • 発表場所: Amsterdam (Nederland)
  • 年月日: 2008-08-09
• [学会発表] Synthesis of superconducting (Cu, C)-Ba-O films on SrCuO2 buffer by pulsed laser deposition (2008)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男, 小原幸三, 奥田哲治
  • 学会等名: 25th Low Temperature Physics
  • 発表場所: Amsterdam (Nederland)
  • 年月日: 2008-08-08
• [学会発表] Ga Substitution Ratio Dependence of Electronic Structure at Interfaces between CBD-CdS and CIGS Grown by H_2O-Introduced co-Evaporation (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Terada, H.Kashiwabara, S.Teshima, K Funai, T.Okuda, S.Ishizuka, K.Sakurai, A.Yamada, K.Matsubara, S.Niki
  • 学会等名: 2008 Spring Meeting of European Materials Research Society[invited].
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 2008-05-30
• [図書] 太陽電池の基礎と応用(日本学術振興会第175委員会監修,小長井誠, 山口真史, 近藤道雄編著) (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 出版者: 培風館
• [図書] CIGS薄膜太陽電池の最新技術(中田時夫監修) (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 「太陽電池の基礎と応用」(日本学術振興会第175委員会監修、小長井誠,山口真史,近藤道雄編著) (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 総ページ数: 463
  • 出版者: 培風館
• [図書] 太陽電池 革新的技術全集2009年版 (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺田教男
  • 出版者: 技術情報協会
• [産業財産権] Method of Genaration and Method of Detection of Interband Phase Difference Soliton and Interband Phase Difference Circuit (2009)
  • 発明者名: Y.Tanaka, A Iyo, A.Crisan, K.Tokiwa, T.Watanabe, N.Terada
  • 権利者名: AIST, Kagoshima Univ.and Science Unv.Tokyo
  • 取得年月日: 2009
  • 外国
• [産業財産権] 特許(米国)METHOD OF GENERATI0N AND METHOD OF DETECTION OF INTERBAND PHASE DIFFERENCE SOLITON AND INTERBAND PHASE DIFFERENCE CIRCUIT (2009)
  • 発明者名: 田中康資, 伊豫 彰, 寺田教男, 常盤和靖, 渡辺恒夫
  • 権利者名: (独)産業技術総合研究所
  • 取得年月日: 2009-01-16
  • 外国