| 研究課題/領域番号 |
23K04378
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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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 |
松井 浩明 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 (50431490)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 高温超伝導体 / 臨界電流 / イオン照射 / 欠陥制御 / 薄膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
希土類系高温超伝導体(RE123)は、優れた電気輸送特性を示すことから送電システムなどへの応用に向けた研究開発が進んでいる。これまでに、同特性が乱れの大きい薄膜体で最大化することが経験的に知られている。しかし、そこでどのような材料組織が本質的役割を担っているかは十分明らかになっていない。本研究では、独自の「高緻密性薄膜」に対するイオン照射欠陥注入によってこの問題を打開する。複雑な自然欠陥の影響を排除した中で見えてくる真に有効な材料組織の特徴を抽出し、その物理的解釈を行なって、RE123の新しい材料設計指針を提示する。
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| 研究実績の概要 |
希土類系高温超伝導体(RE123)は、優れた電気輸送特性を示すことから実用化に向けた研究開発が進んでいる。これまでに、同特性を最大化する材料組織を解明するためのイオン照射・欠陥注入実験を進めてきた。当該年度は、はじめに44, 66, 84MeV Au照射試料の高分解能断面電子顕微鏡観察により、これまで明らかになっていなかった数十MeVイオンビームによる欠陥の微細構造を調べた。その結果、同イオンエネルギー帯では１）１次元的に配列した球状欠陥（直径5-10nm）と２）同配列に沿った線状欠陥（直径1-5nm）の２つの欠陥が存在し、イオンエネルギーの増加とともに主成分が前者から後者へと移行することを見出した。この様な移行が電気輸送特性にどう影響するかを調べるため、24,44,55,66,75,84MeV Au照射試料の77K/自己磁場下での臨界電流密度を測定・比較した。その結果、線状欠陥が現れ始めるイオンエネルギーを境に臨界電流密度の最大値が不連続に上昇することを見出した。現在、イオン照射条件をより広範囲かつ高精度とした実験により詳細な機構解明を進めている。
また本研究で合成したRE123薄膜は低磁場で顕著なイオン照射効果を示すことから、これを用いて新しい原理に基づく超伝導ダイオード効果の探索を試みた。具体的には、表面垂直方向に対し30°傾いた１次元欠陥を注入し、この傾斜面と直交する臨界電流を表面垂直磁場中で測定した。その結果、この臨界電流が正負電流方向に対して約3%の非対称性を示すことを見出した。これにより、複雑な微細加工を必要とせず、アライメントが容易な表面垂直磁場でも動作する新しい超伝導ダイオード効果の実証に成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
これまで明らかになっていなかった数十MeVイオンビームによる注入欠陥の微細構造の観察に成功し、さらにその臨界電流特性との相関を見出している。また電気輸送特性の最大化から派生して、独自の原理に基づく超伝導ダイオード効果の実証に成功している。これらを土台とした研究の推進により、希土類系高温超伝導薄膜の機能最大化に向けた材料設計指針の提示が視野に入っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
数十MeVイオンビームによる実験から、希土類系高温超伝導薄膜の臨界電流特性と欠陥微細組織の相関関係の新しい知見が得られてきた。特に、電子阻止能由来の線状欠陥が自己磁場臨界電流に与える効果の大きさとその直径・密度依存性が明らかになりつつある。今後はこれらを基に、イオン照射条件をより広範囲かつ高精度とした実験を進めることでデータの蓄積を進め、電気輸送特性の最大化にとって真に有効な材料組織の特定を目指す。
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