高臨界電流セラミックス系超伝導材料における不均質電子構造の解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650692
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 長谷川 哲也 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (10189532)
• キーワード: 走査型トンネル顕微鏡 / トンネル分光 / 局所状態密度 / 高温超伝導体 / 臨界電流密度 / ピニングサイト

研究概要

セラミックス系超伝導線材の実用化に向けて、臨界電流密度(Jc)の向上が求められており、このためには、量子化磁束を有効にトラップする弱超伝導領域(ピニングセンター)を導入する必要がある。最近、NdBaCuO系(Nd系)及びPb置換BiSrCaCuO系(Pb-Bi系)において非常に高いJcが報告されたが、ピニングセンターの起源については不明であり、局所的な電子状態の直接評価が急務となっている。
本研究では、Jcを決定する要因をミクロな立場から明らかにすることを目的とし、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いてセラミックス系超伝導体における微細組織とそれに対応する電子状態の空間変化を調べた。
その結果、Nd系では、低バイアスのコンダクタンスが高い領域が試料中に点在している様子が確認された。この領域におけるトンネルコンダクタンスを周辺部と比べると、超伝導ギャップ値は周辺部と変らないものの、ギャップ内コンダクタンスが増加していることが判明した。また、ゼロバイアス近傍には弱いながらもピーク構造が認められ、酸素欠損等による準粒子散乱を示唆している。上記の傾向は高温でより顕著であり、液体窒素温度付近では、ギャップ内コンダクタンスは1近くまで増加した。このことは、同サイトが、特に高温で有効なピニングサイトとして機能することを示している。
一方、Pb-Bi系では、Biサイトを置換したPb原子が確認された。また、Pb原子の周囲数nmの範囲に渡って、超伝導ギャップが変化していることを見いだした。この結果は、電荷の貯蔵層であるBiO層における電子状態の変化が、局所的にではあるが、超伝導性に大きな影響を与え、従ってピニングサイトとして作用しうることを意味している。

研究成果

• [文献書誌] G.Kinoda,T.Yamanouchi,H.Suzuki,T.Endo and T.Hasegawa: "Local Variations of Superconducting States in High Jc NdBa2Cu3Oy Single Crystals Probed by Low Temperature Scanning Tunneling Spectroscopy"Physica C. (in press).
• [文献書誌] J.Kasai,N.Okazaki,Y.Togawa,T.Sasagawa,T.Hasegawa et al.: "Direct Observation of Vortices in a High-Tc Superconductor (La1-xSrx) 2CuO4 by Scanning SQUID Microscopy"Appl.Phys.A. (in press).
• [文献書誌] X.Zhao,S.Nakao,K.Ueno,G.Kinoda,T.Endo,T.Hasegawa et al.: "STM/STS Observations of Co Impurities in Bi2.1Sr1.8Ca (Cu1-xCox) 2O8+y Single Crystals"Physica B. 284-288. 1065-1066 (2000)
• [文献書誌] G.Kinoda,T.Yamanouchi,J.Kasai,T.Endo,X.Zhao,T.Hasegawa et al.: "Cryogenic STM/STS Observation of NdBa2Cu3O7-δSingle Crystals"Physica B. 284-288. 971-972 (2000)
• [文献書誌] T.Watanabe,K.Kitazawa,T.Hasegawa et al.: "Electron Tunneling Measurements of Antiferromagnetic Superconductor ErNi2B2C"J.Phys.Soc.Jpn.. 69. 2708-2709 (2000)
• [文献書誌] T.Watanabe,T.Hasegawa,K.Kitazawa and L.C.Gupta: "Magnetism and Superconductivity in ErNi2B2C"Physica B. 284-288. 489-490 (2000)
• [文献書誌] T.Hasegawa,M.Z.Lin and O.Shiino: "Spectroscopy of Layered Materials, ed.H.P.Hughes"Kluwer Publishers. 403-443 (2000)