高磁場応用に向けた鉄系超伝導材料の開発

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05519
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 山本 明保 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (20581995)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 超伝導 / 材料 / 鉄系高温超伝導体 / 高磁場応用 / 磁石

研究実績の概要

本研究では，鉄系高温超伝導体の高温，高磁場，コンパクト磁石材料としてのポテンシャルを評価する目的で，鉄系高温超伝導多結晶バルク磁石を試作し，捕捉磁場特性を評価した．KドープBa122多結晶バルクは，5 Kにおいて約1 T, 20 Kにおいて約0.5 Tの捕捉磁場を示した．磁気光学測定からは，捕捉磁場は円盤状バルク体の形状を反映して，中心部から外周部に向かって勾配を有する円形の分布をしており，周方向には均一な分布を示した．この結果はBa122バルク体全体を均一に電流が循環していることを示唆する．また，バルクから切り出した小片に対する局所磁化測定により得られたJc(H, T)値を用いた，数値シミュレーションによる捕捉磁場の計算値は実験値をよく再現しており，122バルク試料内の電流分布が均一であることを示唆した．これはMgB2バルクと同様であり，結晶成長に由来する電流分布の不均一性が生じうるREBCOバルクとは異なる．バルク間中心部とバルク表面中心部に配置したホール素子により測定した試料のB-Hカーブは，ゼロ磁場下冷却後，外部磁場を増加させると約0.7テスラまで磁場が遮蔽された．B-Hヒステリシスループ幅は低磁場下において減少がみられるが，高磁場ではほとんど変化せず，最大印加磁場である8 Tにおいてもループは開いていた．これは122系バルクの不可逆磁場が極めて高く，磁束ピンニング力が強いことに由来する．マイクロVickers試験後の圧痕の光学顕微鏡像から解析したBa122バルクのVickers硬さは3.5(±0.2) GPaであり，超伝導バルクとして良好な機械特性を有することが分かった．Ba122多結晶バルクは，比較的簡便，かつ大型化可能な製法で作製ができ，優れたJcの磁場依存性と非常に高い不可逆磁場を持つことから，REBCOやMgB2にはないユニークな特徴を提供する大型，高磁場磁石として有望なポテンシャルを有すると言える．

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 米国立強磁場研究所/コロラド大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: 米国立強磁場研究所/コロラド大学
• [国際共同研究] ケンブリッジ大学/ブルーネル大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ケンブリッジ大学/ブルーネル大学
• [国際共同研究] ウィーン工科大学(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: ウィーン工科大学
• [国際共同研究] ポーランド科学アカデミー(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: ポーランド科学アカデミー
• [国際共同研究] プトラマレーシア大学(マレーシア)
  • 国名: マレーシア
  • 外国機関名: プトラマレーシア大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] Microstructural evolution in infiltration-growth processed MgB2 bulk superconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Bhagurkar Ashutosh G.、Yamamoto Akiyasu、Dennis Anthony R.、Durrell John H.、Aljohani Talal A.、Nadendla Hari B.、Cardwell David A.
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 巻: 100 ページ: 2451～2460
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1111/jace.14792
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selective mass enhancement close to the quantum critical point in BaFe2(As1-xPx)2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Grinenko V.、Iida K.、Kurth F.、Efremov D. V.、Drechsler S.-L.、Cherniavskii I.、Morozov I.、H?nisch J.、F?rster T.、Tarantini C.、Jaroszynski J.、Maiorov B.、Jaime M.、Yamamoto A.、Nakamura I.、Fujimoto R.、Hatano T.、Ikuta H.、H?hne R.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 4589
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04724-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Numerical modelling of iron-pnictide bulk superconductor magnetization (2017)
  • 著者名/発表者名: Ainslie Mark D、Yamamoto Akiyasu、Fujishiro Hiroyuki、Weiss Jeremy D、Hellstrom Eric E
  • 雑誌名: Superconductor Science & Technology 巻: 30 ページ: 105009～105009
  • DOI: 10.1088/1361-6668/aa841f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 鉄ニクタイド系高温超伝導多結晶バルク磁石の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: YAMAMOTO Akiyasu、WEISS Jeremy、AINSLIE Mark、POLYANSKII Anatolii、LARBALESTIER David、HELLSTROM Eric
  • 雑誌名: 低温工学 巻: 52 ページ: 397～404
  • DOI: 10.2221/jcsj.52.397
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recent advances in iron-based superconductors toward applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Hosono Hideo、Yamamoto Akiyasu、Hiramatsu Hidenori、Ma Yanwei
  • 雑誌名: Materials Today 巻: 21 ページ: 278-302
  • DOI: 10.1016/j.mattod.2017.09.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] スプリット型MgB2超伝導バルク磁石の捕捉磁場特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石川洸也、島崎七海、山本明保
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 気相輸送(MVT)法による高密度MgB2バルクの作製とMg拡散過程の評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐野川悠、山本明保
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 高エネルギー混合法Ba122多結晶バルクの超伝導特性に及ぼす格子欠陥の効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 德田進之介、山本明保
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Modeling the supercurrent flow in high temperature superconducting materials (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto, M. Eisterer
  • 学会等名: 2017 Collaborative Conference on Materials Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Trapped field property of iron-pnictide bulk magnet (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto, J. D. Weiss, A. A. Polyanskii, R. B. Richardson, D. C. Larbalestier, and E. E. Hellstrom
  • 学会等名: The Cryogenic Engineering Conference and the International Cryogenic Materials Conference 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Multiscale structural observation of randomly oriented 122 polycrystalline materials (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto, Y. Shimada, S. Tokuta, Y. Hayashi, K. Kishio, J. Shimoyama ,S. Hata
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2017
  • 国際学会
• [学会発表] The key microstructural factors for high transport current in randomly oriented 122 polycrystalline materials (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto, Y. Shimada, S. Tokuta, Y. Hayashi, K. Kishio, J. Shimoyama ,S. Hata
  • 学会等名: 13th European Conference on Applied Superconductivity
  • 国際学会
• [学会発表] Novel strong magnet made with iron-based high temperature superconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Yamamoto
  • 学会等名: Japanese-American-German Frontiers of Science Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of 122 Phase Fe-Based Polycrystalline Bulk Superconductors by High Energy Milling Process (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Tokuta, A. Yamamoto
  • 学会等名: The Tenth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of Large MgB2 Bulks by Mg Vapor Transportation (MVT) Method (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Sanogawa, N. Shimazaki, A. Yamamoto
  • 学会等名: The Tenth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of large MgB2 bulks by Mg vapor transportation (MVT) method (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Sanogawa, N. Shimazaki, A. Yamamoto
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2017
  • 国際学会
• [学会発表] Intergranular current transport properties in polycrystalline 122 phase Fe-based superconductors synthesized through high energy milling (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Tokuta, A. Yamamoto
  • 学会等名: IUMRS-ICAM2017
  • 国際学会
• [学会発表] Achievements of high pressure MgB2 synthesis: can in situ samples (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomasz Cetner, Andrzej Morawski, Akiyasu Yamamoto, Wolfgang Haessler, Daniel Gajda, Grzegorz Gajda, Matt Rindfleisch, Andrzej Zaleski, Tomasz Czujko, Piotr Przysupski
  • 学会等名: 13th European Conference on Applied Superconductivity
  • 国際学会
• [学会発表] Optimization of high isostatic pressure annealing processes for (2017)
  • 著者名/発表者名: Andrzej Morawski, Tomasz Cetner, Stanislaw Filipek, Miroslaw Gurzkowski, Daniel Gajda, Grzegorz Gajda, Andrzej Zaleski, Matt Rindfleisch, Michael Tomsic, Wolfgang Haesler, Konstantin Nenkov, Akiyasu Yamamoto, Ryszard Diduszko, Piotr Przyslupski
  • 学会等名: 13th European Conference on Applied Superconductivity
  • 国際学会
• [学会発表] High Trapped Fields in C-doped Mg(B1-xCx)2 Bulk Superconductors Fabricated by Infiltration and Growth (2017)
  • 著者名/発表者名: Ashutosh G. Bhagurkar, Akiyasu Yamamoto, Anthony R. Dennis, John H. Durrell, N Hari Babu, David A. Cardwell
  • 学会等名: 13th European Conference on Applied Superconductivity
  • 国際学会
• [学会発表] 気相輸送(MVT)法による大型MgB2超伝導バルク体の作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野川悠、島崎七海、山本明保
  • 学会等名: 第94回低温工学・超伝導学会研究発表会
• [学会発表] 高エネルギー混合法による鉄系高温超伝導多結晶材料の作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 德田進之介、山本明保
  • 学会等名: 第94回低温工学・超伝導学会研究発表会
• [学会発表] 高エネルギー混合法によるBa122多結晶バルクの合成と J c特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 德田進之介、山本明保
  • 学会等名: 第95回低温工学・超伝導学会研究発表会
• [学会発表] 気相輸送(MVT)法におけるマグネシウム拡散機構の評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐野川悠、山本明保
  • 学会等名: 第95回低温工学・超伝導学会研究発表会
• [図書] 超伝導磁束状態の物理 (2017)
  • 著者名/発表者名: 門脇 和男編（チャプター分担執筆）
  • 総ページ数: 692
  • 出版者: 裳華房
  • ISBN: 978-4-7853-2922-8
• [図書] Vortices and Nanostructured Superconductors (2017)
  • 著者名/発表者名: Adrian Crisan（チャプター分担執筆）
  • 総ページ数: 259
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-3-319-59353-1
• [産業財産権] MgB2バルク体の製造方法およびMgB2バルク体 (2017)
  • 発明者名: 山本明保, 佐野川悠
  • 権利者名: 東京農工大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-097383
• [産業財産権] 超伝導装置及び磁石装置 (2017)
  • 発明者名: 山本明保, 島崎七海
  • 権利者名: 東京工業大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-171907
• [産業財産権] Iron-based superconducting permanent magnet and method of manufacture (2017)
  • 発明者名: A. Yamamoto, J. Weiss, EEH
  • 権利者名: JST, FSURF
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: CN 201680021247
  • 外国