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2017 年度 実施状況報告書

ハイブリッドピン止め構造による高温超伝導体の全磁場方向の高臨界電流密度化

研究課題

研究課題/領域番号 16K06269
研究機関熊本大学

研究代表者

末吉 哲郎  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (20315287)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード高温超伝導体 / 臨界電流密度 / 異方性 / 磁束ピンニング / 照射欠陥
研究実績の概要

平成29年度では,高温超伝導薄膜におけるB || abでの平行な線状格子欠陥の磁束ピン止めの影響を明らかにするために,a軸配向YBCO薄膜を用いることで,重イオン照射によりa軸方向へ線状格子欠陥を形成し,その導入前後のJc特性について調べた.まず,a軸配向YBCO薄膜においても,径4-5 nmの直線状の線状格子欠陥が重イオン照射によって形成されることを,TEM像にて確認した.この線状格子欠陥導入後においてB || abでのJcは,欠陥導入量と等価なマッチング磁場より高い磁場領域でわずかに増加した.またJcが増加する磁場方向の範囲は,a軸方向を中心に±5度内に制限される.これは,B || abでの高温超伝導体の層状構造に起因する固有ピン止めが磁束線をトラップする磁場方向範囲(ロッキング角)とほぼ同じである.ゆえに,a軸方向の線状格子欠陥が,ab面方向の磁束線に対してもピン止め作用することを明らかにした.一方,低磁場領域では,線状格子欠陥の導入の影響はほとんど見られなかった.すなわち,c軸方向の線状格子欠陥がB || cにおいて低磁場領域で磁束線を強くピン止めする振る舞い(single vortex pinning)と異なることが明らかとなった.これは,ab面に対して線状格子欠陥を導入したYBCO単結晶試料での不可逆磁場の変化を調べた他グループの報告とほぼ傾向が一致する.これらは,B || abにおいてCuO2面内に制限される磁束線とランダムに位置する線状格子欠陥の特有のピン止め現象を示唆しており,B || abにおけるピン止め点導入の指針の足掛かりとなる実験結果と考えられる.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究課題では,高温超伝導体の全磁場方向での臨界電流密度Jcの高特性化を実現するために,B || abで特有な磁束構造を示す量子化磁束のピン止め特性を明らかにすることが一つの鍵と考えている.平成28年度においては,高温超伝導コート線材のab面に対して交差した線状格子欠陥を重イオン照射により導入し,ab面に対する交差角が±10度以上では,B || abのJcに影響を与えないことを実験的に明らかにし,線状格子欠陥の磁束ピン止めの影響がおよぶ磁場角度範囲は,B || cと比較して非常に狭いことを示した.平成29年度では,a軸配向YBCO薄膜に対して重イオン照射にてa軸に平行な線状格子欠陥を形成することで,B || abの磁束線と線状格子欠陥のダイレクトなピン止め相互作用について調べ,B || abでのCuO2面内に制限される磁束構造に起因して,a軸に平行な線状格子欠陥のピン効果は低磁場では現れ難いことを明らかにした.これらの結果より,B || cでは有効なピン止め点として知られている線状格子欠陥は,B || abの量子化磁束の磁束ピン止めにはベストではないという設計指針を得た.

今後の研究の推進方策

平成30年度では,a軸配向YBCO薄膜に異なる密度の線状格子欠陥をa軸方向に導入し,B || ab のJcが増加する磁場領域の変化を定量的に明らかにすることで,B || abの量子化磁束に対する線状格子欠陥のピン止め機構を同定することを試みる.また,線張力が強いB || abでの量子化磁束構造に対しては,弾性変形を抑えてピン止めが期待できる短い不連続な線状格子欠陥が有効と考えられる.このため,重イオン照射のエネルギーを抑えることで(Xeイオン,80 MeV),YBCO薄膜中に不連続な線状格子欠陥を導入し,B || abでの量子化磁束に対する不連続な線状欠陥のピン止め特性について調べ,B || abのJc改善に有効なピン止め構造を明らかにする.

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額はわずかであり,今年度中に計画的に使用したと思われる.わずかに生じた次年度使用額を加えた予算を使用して,平成30年度の研究計画を遂行する.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Angular Behavior of Jc in GdBCO Coated Conductors with Columnar Defects Crossing to ab-plane2017

    • 著者名/発表者名
      Tetsuro Sueyoshi, Yasuya Iawanaga, Takanori Fujiyoshi, Yohsuke Takai, Masashi Mukaida, Masaki Kudo, Kazuhiro Yasuda, Norito Ishikawa
    • 雑誌名

      IEEE. Trans. Appl. Supercond.

      巻: 27 ページ: 8001305

    • DOI

      10.1109/TASC.2016.2637338

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Critical current density of YBCO films with different configurations of columnar defects in longitudinal magnetic field2017

    • 著者名/発表者名
      Sueyoshi T、Iwanaga Y、Kai T、Izumi T、Fujiyoshi T、Ishikawa N
    • 雑誌名

      J. Phys. Conf. Ser.

      巻: 871 ページ: 012043~012043

    • DOI

      10.1088/1742-6596/871/1/012043

  • [学会発表] c軸に平行およびab面に交差した柱状欠陥を含むYBCO薄膜のJc特性2018

    • 著者名/発表者名
      末吉哲郎,入江将大,榎畑流星,日高優夏,藤吉孝則
    • 学会等名
      第65回応用物理学関係連合講演会
  • [学会発表] Y2O3/YBa2Cu3Oy+BaSnO3擬似多層膜の磁束ピンニング特性2017

    • 著者名/発表者名
      入江将大, 古城大輔, 佐藤蒼珠, 末吉哲郎, 藤吉孝則
    • 学会等名
      第94回2017年度春季低温工学・超電導学会
  • [学会発表] c軸相関ナノロッドと面内分布したナノ粒子を含むYBCO薄膜のピン止め特性2017

    • 著者名/発表者名
      末吉哲郎, 末永桃太郎,古澤隆章,松雪翔太,藤吉孝則
    • 学会等名
      2017年第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] YBCO薄膜のB || abでの磁束ピン止めに対する柱状欠陥の交差の影響2017

    • 著者名/発表者名
      末吉哲郎,岩永泰弥,藤吉孝則, 高井洋輔,向田昌志
    • 学会等名
      2017年第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Angular dependence of Jc in YBCO films with c-axis correlated nano-rods and in-plane distributed nano-particles2017

    • 著者名/発表者名
      T Sueyoshi, M Suenaga, T Furusawa, S Matsuyuki, T Fujiyoshi
    • 学会等名
      30th International symposium on superconductivity
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17  

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