研究課題
金属系超伝導体最高の臨界温度と高い上部臨界磁場をもつMgB2は、ヘリウム温度(4.2 K)よりも高温での応用が可能な超伝導材料として注目されている。超伝導バルクとしての応用を考えた場合、MgB2は粒界弱結合の影響がなく、無配向多結晶体であっても巨視的な超伝導電流を得やすいため、多結晶形態のバルクに高磁場を捕捉することが期待できる。また、MgB2多結晶バルクでは、粒界が高密度かつ一様に分布し、量子化磁束のピンニングセンターとして働くため、捕捉磁場の空間的・時間的均一性に優れる。一方で、反応時に空隙や不純物が生じるため、これらの低減による捕捉磁場強度の向上が課題となっている。そこで本研究では、高密度かつ高純度な大型MgB2バルク体の新しい作製法を開発することを目指し、マグネシウム気相輸送法(MVT: Mg Vapor Transport method)を検討した。本年度は、円盤状MgB2バルク体の前駆体となる円盤状ホウ素ペレットとマグネシウム源とを分離して配置し、マグネシウム源から蒸発したマグネシウム蒸気を多孔隔壁を介してホウ素部に輸送、拡散、反応させるMVT法を開発した。現在までに、ホウ素を円盤状にプレス成型後、不活性雰囲気中で熱処理、マグネシウム蒸気と反応させることで直径20 mmの円盤状MgB2バルク体を得ている。MVT法により作製したMgB2バルク体の充填率は従来のin situ法と比較して大幅に向上し、数十マイクロメートルの大きさの粗大な空隙がほとんどなく、狙い通り高密度化に成功している。一方で、巨視的クラックが生じるケースがあることが分かった。MVT法で作製した試料の20 KにおけるJcは、in situ法と比較して2倍以上向上した。これは空隙と不純物が減少し、輸送電流パスが増大したことに由来すると考えられる。
2: おおむね順調に進展している
研究実績の概要に記載の実績が得られており、おおむね研究計画に沿って順調に進捗しているため。
次年度以降は微細構造と局所組成の評価を重点的に進め、反応過程における組織生成機構を明らかにすることを目指す。また、自製システムにより円盤状MgB2バルク体の捕捉磁場特性を測定し、新規プロセスによる超伝導バルクのポテンシャル評価を行うことを予定している。
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すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 7件、 招待講演 6件)
Superconductor Science & Technology
巻: 31 ページ: in-press
Scientific Reports
巻: 3 ページ: 024004
10.1038/s41598-018-31416-3
