| 研究課題/領域番号 |
21H01377
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
石田 茂之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90738064)
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| 研究分担者 |
永崎 洋 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 首席研究員 (20242018)
辻本 学 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20725890)
西尾 太一郎 東京理科大学, 理学部第二部物理学科, 教授 (40370449)
柏木 隆成 筑波大学, 数理物質系, 講師 (40381644)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
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| キーワード | 銅酸化物高温超伝導体 / 電子相図 / 臨界電流密度 / 磁束ピン止め / 輸送特性 / ドープ量依存性 / 超伝導臨界温度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
銅酸化物高温超伝導体の実用に向けて、臨界電流密度（ゼロ抵抗で流せる最大電流密度、Jc）の向上は重要課題である。一般にJcは超伝導体中の量子化磁束を捕捉する力（磁束ピン止め力）で決定付けられる。多数の秩序相が共存・競合する銅酸化物高温超伝導体では、従来の超伝導体には見られない、特異な磁束ピン止め機構が期待される。本研究では、銅酸化物高温超伝導体の電子相図が臨界電流特性にどのような影響を及ぼしているのかを明らかにし、Jc向上に向けた物質設計指針を提案する。
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| 研究実績の概要 |
銅酸化物高温超伝導体Bi2.1Sr1.9CaCu2O8+δの単結晶試料をフローティング・ゾーン法で作製した。各試料のキャリアドープ量を制御するため、酸化/還元雰囲気でアニール処理を施した。超伝導臨界温度Tcと臨界電流密度Jcを磁化測定により評価した。当初、複数用意した試料を異なる条件でアニールし、そのJcを比較したところ、試料ごとにJcの値が大きくばらつき、Jcのドープ量依存性の抽出が困難であった。異なる試料では欠陥構造や化学組成比に若干の違いがあり、Jcに大きく影響したと考えらえる。
そこで本研究では、より正確なJcのドープ量依存性の評価の試みとして、同一の試料に対して繰り返しアニールを施して磁化測定を行った。この方法により、Jcの値のばらつきは大きく改善し、Jcのドープ量依存性の信頼性がより向上した。これまでにもJcが過剰ドープ領域で増大することは知られていたが、本研究では不足ドープ領域においてもJcが増大し、2つのピークを示すことを初めて発見した。このように不足ドープ領域でJcが増大することは、超伝導と他の秩序相が共存・競合することによる新奇な磁束ピン止め機構の寄与、あるいは不足ドープ領域における超伝導パラメータの急激な変化を示唆している。いずれの場合も、これまで知られていなかった新奇なメカニズムであり、より詳細な物性評価・解析が必要である。
また、輸送特性測定にも着手し、ドープ量依存性の評価を試みたが、Jcほどではないものの、試料ごとのデータのばらつきが大きい結果であった。Jcと同様に、同一試料に対してドープ量依存性の評価を行う必要があると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
銅酸化物高温超伝導体のJcのドープ量依存性の評価における課題であったデータの大きなばらつきを抑えることに成功したため。またその結果、従来知られていなかった銅酸化物高温超伝導体のJcの複雑なドープ量依存性が明らかになってきたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度は典型組成のBi2.1Sr1.9CaCu2O8+δについて評価を実施した。今後は、化学組成比を制御した単結晶試料（Bi2+xSr2-xCaCu2O8+δ等）を作製し、Jcの評価を行い、Jcの大きさ、またJcのドープ量依存性に見られた2ピークの振る舞いが化学組成によってどのような影響を受けるかを調べる。また磁化測定、輸送特性測定等により、Jc以外の超伝導パラメータ（磁場侵入長やコヒーレンス長）を評価し、Jcとの相関を明らかにする。
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