2020 年度実施状況報告書

局所的な反転対称性の破れの効果をもった新奇高温超伝導体の開発

研究課題

研究課題/領域番号	20K03833
研究機関	電気通信大学
研究代表者	村中隆弘電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (70398577)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	超伝導 / 空間反転対称性 / 臨界電流密度 / 上部臨界磁場
研究実績の概要	今年度は、空間反転対称性の欠如した結晶構造であるβMn型構造を有する超伝導体、Mo7Re13X(X=B,C)(Tc=8.3K, 8.1K)とMo3Al2C(Tc=9.2K)に着目した。これらの超伝導体は、空間反転対称性の欠如という構造的要因によって上部臨界磁場Hc2が高められている可能性が高いと考え、その原因を探るべく純良試料育成を目指すとともに、超伝導線材としての応用利用を見据えた、ピン止め力の強化などによるHc2や臨界電流密度Jc特性の向上を目指した合成を進めた。 Mo7Re13Bについては、本研究における磁化測定法によってJcが5000(A/cm2) (T=1.8K, H=0T)程度であることを明らかにした。さらにSnを添加した仕込み組成比Mo7Re13B+Sn2の合成によっても、Jcを1.5倍程度上昇させることに成功した。また、本物質は合成条件の変化によってTcを保持したまま、不純物として超伝導体MoRe (Tc～6K)を多く含んだ状態の試料を合成することで、Jcを10倍程度に上昇させることができ、全磁場領域にわたって無添加合成試料の性能を上回った。つまり、不純物相の存在が磁束のピン止め力に対して効果的に作用していることがわかった。 Mo3Al2Cについては、前述物質と同様、Jcが7300(A/cm2) (T=1.8K, H=0T)程度であることを明らかにした。さらに、 Si,Snを添加した仕込み組成比Mo3Al2C+Si0.3、Mo3Al2C+Sn0.6の合成によって、4テスラ以下の磁場領域では最大でJcが2倍程度上昇させることに成功したが、それ以上の磁場領域では、無添加合成した試料と同程度となった。
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現在着目しているβMn型構造を有する超伝導体Mo7Re13X(X=B,C)(Tc=8.3K, 8.1K)とMo3Al2C(Tc=9.2K)に対して、これらのJc特性を初めて明らかにした。さらに他元素置換などの合成によって、不純物を含んだ状態であってもTcを下げることなく、Jc特性の上昇に成功したことにより、これらの超伝導体のJc特性向上へ必要とされる合成手法の方針を明らかにしたと言える。ただ、現時点では上部臨界磁場特性には大きな特性向上は見られなかったことから、この点については進んでいるとは言えないため、全体として本研究課題はおおむね順調に進んでいると考えられる。
今後の研究の推進方策	βMn型構造を有する超伝導体については、Mo7Re13X(X=B,C)(Tc=8.3K, 8.1K)とMo3Al2C(Tc=9.2K)に対しては、他元素の添加合成を中心に合成を進め、Jc特性を向上させる適切な添加元素や添加量を探る。また、類縁物質である、W7Re13X(X=B,C)(Tc=7.2K, 7.3K)についてもJc特性を明らかにするとともに、本研究課題において得られた知見を基にしたJc特性向上を目指す。さらに、これらの超伝導体のMoやWなどの遷移金属サイトに対して、同一サイトを複数の遷移金属で占有させる高エントロピー合金の合成手法を取り入れることで、高エントロピー合金化による新物質開発やJc特性の向上を目指す。次に、βMn型構造類縁構造であるαMn型構造を有する超伝導体Re5.5Ta(Tc=8K)についても着目する。特に本物質は上部臨界磁場がパウリリミットを超える大きな値が報告されているため、空間反転対称性と物性との相関が非常に興味深い。そのため、これまでに本研究課題において得られた知見を基に、純良試料合成、Jc,Hc2特性向上、高エントロピー合金化による新物質開発を目指す。
次年度使用額が生じた理由	今年度はコロナ禍における緊急事態宣言に対応した研究機関の入構禁止措置などによって、実質的な実験研究開始時期が３か月程度遅れてしまったことや、研究室内の密集状態を避けるために作業人員を通常の半分程度に抑えながらの実験であったため、研究用物品の消耗が当初計画よりも少なかったことが挙げられる。また、共同研究や研究打ち合わせのための出張を控えたことなどにより、旅費を使うことがなかったため。翌年度は、学会などで対面形式を控える対応が続く可能性が高く、旅費については当初の計画通りにはならない可能性を考慮し、当初計画よりも実験の効率化を図ることで実験実施数を増やして物品費として使用するとともに、論文発表などに係る英文校閲費用や投稿費用などに使用する計画である。