酸化物超伝導体薄膜構造のマイクロキャラクタリゼ-ション

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02227209
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 弘津 禎彦 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (70016525)
• 研究分担者: 長倉 繁麿 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (80016261) ; 山下 努 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (30006259) ; 山本 直紀 東京工業大学, 理学部, 助教授 (90108184)
• キーワード: 酸化物超伝導体 / YBCO膜 / マイクロキャラクタリゼ-ション / 粒界構造 / 2212相 / 高分解能電顕 / 構造劣化 / 変調構造

研究概要

本研究は主に、YBa_2Cu_3O_<7ーζ>(YBCO)の超伝導体酸化物薄膜を基板上に作製し、その微細構造と超伝導特性、ジョセフソン効果などとの関係を調べること、ならびに、Bi_2Sr_2CaCu_2O_8(2212相)の微細構造について調べることを目的としている。
(1)MgO,SrTiO_3基板上のYBCO膜構造
MgO(001)基板にYBCO膜をMOCVD法により成長させ、電顕による微細構造観察を行った。YBCO膜は多くの双晶を含む1μm前後の微細粒からなり、結晶粒同志は、多くの場合、[001]YBCO軸を共有した数度の回転(rotation)、[001]軸に直行する軸の周りの数度の傾斜(tilt)のmisorientationを有する。また。粒間に方位差のない場合や、45度のrotationがあるものも見いだされた。SrTiO_3基板の場合は、YBCO粒間にrotationは見られず、わずかなtiltのみが見られた。YBCOの小傾角粒界には転位列が見られ、いわゆる弱結合のジョセフソン接合部として作用する可能性がある。
(2)YBCO膜の湿気による構造劣化
YBCOは湿気により構造が劣化し、超伝導特性を失うことが知られている。イオン研磨によりYBCO膜を作成し、100%湿度中での構造変化を電顕観察した。55℃20分で原子の不規則配列化が始まり、Ba原子欠損、BaOーBaO層間のextraーatomlayerによる増加、BaOーBaO層間のCuO layer欠損による減少、BaOーBaO層間への重原子の侵入などが起こる。その後、ペロブスカイト的領域の生成や、CuO,Y(OH)_3,Ba(OH)_2の生成などが見られた。
(3)Pb添加したBi_2Sr_2CaCu_2O_8の変調構造
Pb添加したBi_2Sr_2CaCu_2O_8の変調構造のモ-ド、変調周期について、特に高分解能電顕法により調べ、変調構造の構造モデルの作成を行った。

研究成果

• [文献書誌] H.Suzuki,H.Kurosawa,K.Miyagawa,Y.Hirotsu,M.Era,T.Yamashita,H.Yamane,T.Hirai: "Thin Film Structure of YBa_2Cu_3O_7ーζ on(001) MgO Substrate Studied by TEM" Japanese Journal of Applied Physics. 29. L1648-L1651 (1990)
• [文献書誌] H.Suzuki,H.Kurosawa,K.Miyagawa,Y.Hirotsu,M.Era,T.Yamashita,H.Yamane,T.Hirai: "Josephson Effect and SmallーAngle Grain Boundary in YBCO Thin Film Bridge" Proceedings of Applied Superconductivity Conf.(Snowmass,U.S.A.,1990).
• [文献書誌] S.Nagakura,Y.Hirotsu,J.Sasaki,K.Miyagawa,Y.Nakamura,M.E.Brito: "Degradation of the HighーTc Superconductor YBa_2Cu_3O_<7ー> Studied by High.Resolution Electron Microscopy" Proceedings of International Symposium on New Directions and Future Aspects on HVEM(Osaka,1990).
• [文献書誌] Y.Hirotsu,Y.Ikeda,Y.Ichinose,S.Nagakura,T.Komatsu,M.Matsushita: "Modulated Structure of the HighーTc Superconductor Bi_<2ーx>Pb_xSr_2CaCu_2O_<8+y>" Journal of Electron Microscopy. 40.