多相銅酸化物複合材料における組織制御と非オーム性伝導の機能化

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450274
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 吉田 起國 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (70027142)
• 研究分担者: 上田 静政 京都大学, エネルギー理工学研究所, 助手 (00093196) ; 蜂谷 寛 京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (90314252)
• キーワード: 非オーム抵抗 / 不均質ナノ構造 / 複合銅酸化物高温超伝導体 / パーコレーション / 超伝導ネットワーク / 負性抵抗 / ナノ複合材料

研究概要

2種類のペロブスカイト型銅酸化物の組み合わせによるナノ構造複合体において、我々が見出した非オーミック抵抗を示す特異な伝導現象の実験的、理論的解明を行った。この現象は、絶縁体的であるPr系銅酸化物(PBCOと略記)と超伝導銅酸化物(RBCO、RはY、Gd、Nd、Ho等の希土類元素)の混晶複合体である複合銅酸化物R_<1-x>Pr_xBa_2Cu_3O_z (RPBCO)において、ある特定のPr濃度領域では電流増大とともに電気抵抗が減少(負性抵抗)し、別な濃度領域では電流とともに抵抗が増大するという特異な非オーミック伝導である。これらの特異伝導は超伝導相のパーコレーションクラスターの分解過程とその過程が完了後現れる高伝導相クラスターの分散構造を背景にした電流分布のナノレベルの不均一性に起因していることを明らかにした。この非オーミック伝導は、上記の複合銅酸化物とは異なるタイプのNdBa_<2-y>Sr_yCu_3O_z (NBSCO)やNd_<1-x>Pr_xBa_<2-y>Sr_yCu_3O_z(NPBSCO)においても見出され、一般の複合銅酸化物に共通して発生することが判明した。この複合銅酸化物RPBCOは強磁場において高い臨界電流を可能にする次世代超伝導線材の有望な物質としても着目され、その臨界電流の強化をもたらす磁束ピニングセンターの形成が重要な課題となっている。RPBCOにおいてPr濃度が十分希薄な場合には、Prにより置換されたサイトがナノサイズの磁束ピニングセンターとして発現すること、とくに磁気モーメントを持つ希土類元素のBaサイト置換がこの効果を強めることを見出した。この現象は上述の異常伝導現象とともに構造制御による機能発現の新たな可能性を与えるものである。本研究の成果は、不均質構造をもつ複合銅酸化物においては、均質系のバンド構造からのみでは理解し得ないような新奇な現象の発生が可能であることを物語っている。

研究成果

• [文献書誌] K.Yoshida, T.Hayasaka: "Current-dependent electrical resistance of complex cuprates Gd_<1-x>Pr_xBa_2Cu_3O_y and Nd_<1-x>Pr_xBa_2Cu_3O_y"Superconductor Science and Technology. 15. 1133-1139 (2002)
• [文献書誌] T.Harada, K.Yoshida: "The effects of Pr-doping on the critical current density in YBa_2Cu_3O_<7-δ>"Physica C. 383. 48-54 (2002)
• [文献書誌] K.Yoshida, T.Hayasaka, K.Ota: "Transport characteristics due to structural inhomogeneity in complex cuprates R_<1-x>Pr_xBa_2Cu_3O_y"Advances in Science and Technology (Science and Engineering of HTC Superconductivity IV). 25. 293-300 (2002)
• [文献書誌] K.Yoshida, T.Hayasaka, K.Ota, T.Harada, S.Ueda: "Non-ohmic resistance due to nanostructural inhomogeneity in cuprates RPrBaCuO"Physica C. (in press). (2003)
• [文献書誌] T.Harada, K.Yoshida: "Pr and Ca co-doping effects on the flux pinning properties in (Y_<1-x-y>Pr_xCa_y)Ba_2Cu_3O_<7-δ>"Physica C. (in press). (2003)
• [文献書誌] T.Harada, K.Yoshida: "The effect of rare-earth substitution at the Ba site on the flux pinning properties of Y(Ba_<2-x>R_x)Cu_3O_<7-δ>(for R=La, Pr, and Nd)"Physica C. (in press). (2003)