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2019 年度 実施状況報告書

不連続ナノ線状欠陥のハイブリッドピン止めによる高機能高温超伝導薄膜の創成

研究課題

研究課題/領域番号 19K04474
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) 2019-04-01 – 2022-03-31
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

本研究課題の目的は,重イオン照射を利用して高温超伝導体中に不連続なナノ線状欠陥(径:4-8 nm,長さと間隔:数10 nm)をc軸方向からab面方向にわたって形成し,c軸,ab面のそれぞれの磁場方向での磁束ピン止めの特徴を明らかにすることである.
この目的に沿って令和元年度においては,希土類系高温超伝導体のc軸方向に不連続な線状欠陥を形成できる80 MeVのXeイオンを用いて,c軸に対して0度から80度まで傾斜して照射を行い,その照射欠陥構造を断面TEM像で観察し,またその磁束ピン止め特性について調べた.断面TEM像観察から,80 MeVのXeイオン照射ではGdBCO超伝導線材のc軸方向には不連続な線状欠陥は形成されるが,照射方向がc軸から20度傾くと,試料表面から1umの深さまで連続的な線状欠陥となり,45度傾斜した照射では膜厚2umの超伝導層全体にわたって太く連続的な線状欠陥が観察された.これは,照射方向によって線状欠陥の連続性が変わることを初めて実験的に明らかにした結果である.また,この磁束ピン止め特性について,臨界電流密度Jcの磁場角度依存性から調べると,(a) 照射エネルギーが低く(80 MeV),(b) 照射方向が分散している(c軸方向とc軸から±45度で傾斜)ほど,広範囲の磁場方向にわたって,高Jcを示すことが明らかになった.この結果は,線状欠陥が不連続になるほど,またその方向分散が大きいほど,高Jcが得られやすいことを示唆している.すなわち,c軸から傾いた方向において不連続な柱状欠陥を導入する条件を明らかにすることが出来れば,さらに高Jcを実現する磁束ピン止め構造に迫れる手段を得られることになる.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

令和元年度の成果としては,(1) 高温超伝導体に対する重イオン照射では,比較的低い照射エネルギーにおいては線状欠陥の連続性に照射方向依存性が現れること,(2) 線状欠陥の不連続化,方向分散化により,広範囲の磁場方向での高い臨界電流密を実現できること,を示すことができた.ただし,当初の令和元年度の計画での,まずc軸方向の不連続な線状欠陥の磁束ピン止め特性の全容を明らかにすることについては,比較的高い照射量での評価しかしておらず,超伝導性の劣化を抑えながらの不連続特有なピン止め効果を評価するまでには至っていない.令和元年度での成果(2)のメカニズムを明らかにするためにも,まず基本となるc軸方向での不連続な線状欠陥のピン止め特性を整理することが急務と考えられる.このため,現在までの進捗状況を”やや遅れている”と評価した.

今後の研究の推進方策

令和2年度では,Xeより質量の軽いイオン,すなわち80 MeV Krイオンや80 MeVのNiイオンを用いて高温超伝導薄膜や高温超伝導線材に照射を行うことで,c軸から傾斜した方向において不連続な線状欠陥の形成を試みる.この実験結果の延長線上では,高温超伝導体の膜面に対する小傾角のイオン照射を用いることで,低いエネルギーの軽イオンで効率的にピン止め点を導入できる可能性も期待している.また,全磁場方向の高Jc化を行う上でまず基本となるc軸方向での不連続な線状欠陥のピン止め特性を明らかにするために,高温超伝導体のc軸方向に対してイオン種を変えた照射を行い,径や不連続性が異なる線状欠陥を導入し,高い臨界電流密度Jcを実現するための線状欠陥の形状とそのピン止め特性のメカニズムを明らかにする.

次年度使用額が生じた理由

(状況)照射試料として,当初パルスレーザー蒸着法により高温超伝導薄膜を作製することを想定し,原料ガス代として初年度に充てていたが,レーザー発振器の老朽化により,パルスレーザー蒸着法での試料作製を断念した.これに代わって,市販の高温超伝導線材や高温超伝導薄膜を購入し,照射試料として用いることにした.以上の理由により,これらの差額で,未使用額が生じた.

(使用計画)市販のYBa2Cu3Oy薄膜(Ceraco社製)の購入や,a軸方向へ照射欠陥を導入するための試料としてc軸面内配列a軸配向YBa2Cu3Oy薄膜の作製を依頼するために必要な基板材料SrLaGaO4と中間層Gd2CuO4のターゲット材料の購入に未使用額を使用し,令和2年度の研究計画を遂行する.

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019

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

  • [雑誌論文] Strong flux pinning by columnar defects with directionally dependent morphologies in GdBCO-coated conductors irradiated with 80 MeV Xe ions2020

    • 著者名/発表者名
      Sueyoshi Tetsuro、Kotaki Tetsuya、Furuki Yuichi、Fujiyoshi Takanori、Semboshi Satoshi、Ozaki Toshinori、Sakane Hitoshi、Kudo Masaki、Yasuda Kazuhiro、Ishikawa Norito
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 023001~023001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab6f2b

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Flux Pinning by Columnar Defects Along a-axis in a-axis Oriented YBCO Thin Films2019

    • 著者名/発表者名
      Sueyoshi Tetsuro、Iwanaga Yasuya、Fujiyoshi Takanori、Takai Yosuke、Muta Mitsuhiro、Mukaida Masashi、Ichinose Ataru、Ishikawa Norito
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Applied Superconductivity

      巻: 29 ページ: 1~4

    • DOI

      10.1109/TASC.2019.2896473

    • 査読あり
  • [学会発表] 10MeV Auイオン照射したYBa2Cu3Oy薄膜の酸素アニール効果2020

    • 著者名/発表者名
      尾崎 壽紀、柏原 卓弥、久保 友幸、千星 聡、末吉 哲郎、岡崎 宏之、越川 博、山本 春也、八巻 徹也、坂根 仁
    • 学会等名
      第67回応用物理学関係連合講演会
  • [学会発表] 高温超伝導体の縦磁場下での柱状欠陥の磁束ピン止め2020

    • 著者名/発表者名
      末吉哲郎,榎畑龍星,山口裕史,藤吉孝則,喜多村茜,奥野泰希,石川法人
    • 学会等名
      第67回応用物理学関係連合講演会
  • [学会発表] 高温超伝導体のab面付近での柱状欠陥のピン止めの競合2019

    • 著者名/発表者名
      末吉哲郎,日高優夏,榎畑龍星,山口裕史,藤吉孝則,喜多村茜,奥野泰希,石川法人
    • 学会等名
      2019年度第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Auイオン照射したYBa2Cu3Oy薄膜の磁束ピンニング特性2019

    • 著者名/発表者名
      尾崎 壽紀、柏原 卓弥、久保 友幸、千星 聡、末吉 哲郎、岡崎 宏之、越川 博、山本 春也、八巻 徹也、坂根 仁
    • 学会等名
      2019年度第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Competing flux pinning of columnar defects in different directions in high-Tc superconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Tetsuro Sueyoshi, Masahiro Irie, Ryusei Enokihata, Yuka Hidaka, Takanori Fujiyoshi, Akane Kitamura, Yasuki Okuno, and Norito Ishikawa
    • 学会等名
      32th International symposium on Superconductivity
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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