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2020 年度 実施状況報告書

微細結晶粒を持つバルク金属の超伝導特性:超伝導秩序と磁束状態のナノ構造制御

研究課題

研究課題/領域番号 20K03867
研究機関九州産業大学

研究代表者

西嵜 照和  九州産業大学, 理工学部, 教授 (90261510)

研究分担者 加藤 勝  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90204495)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード超伝導 / 低温物性 / 物性実験 / ナノ構造 / 金属物性
研究実績の概要

本研究では,微細結晶粒を持つバルク金属の超伝導特性を明らかにすることを目的として,バルクナノメタル超伝導体の特性を磁化,電気抵抗,走査プローブ顕微鏡などの手法を用いて実験を行った.また,研究代表者による実験的研究と研究分担者による理論的研究を実施し,下記の成果が得られた.
(1) 巨大ひずみ加工の1種である高圧ねじり(HPT)加工を用いてNb, Ta, V, NbTiなどの様々な超伝導体の作製を行った.2020年度はHPT-NbTiに着目して超伝導物性の実験を行った.
(2) HPT-NbTiは通常の合金化手法(溶融法)ではなく巨大ひずみ法により合金化し,その合金化プロセスに対応する超伝導特性を上部臨界磁場Hc2を超える磁場領域まで測定した.磁化特性は振動試料型磁束計VSMを用いて15Tの磁場まで測定した.磁化特性から得られた磁束ピン止め力Fpの磁場依存性をHPT加工の度合い(回転数N)が異なるHPT-NbTiについて調べた.合金化過程のN=2の場合と合金化が完全に進んだN=100のHPT-NbTiを比較すると,N=2ではNbTiの体積分率が小さいためにFpは磁場とともに急激に減少するが,1T以下の低磁場領域では合金化が完全であるN=100のFpを超える値を示した.このことは,1T以下では強いピン止め効果が存在すことを示しており,合金化過程に生じるナノスケールのラメラ状のTi析出物によるピン止め効果と考えることができる.また,Nの増加とともにFpは増加し非飽和特性を示した.また,熱処理を行っていないHPT-NbTi(N=100)のFpがNbTi線の特性に迫る値を示し,微細結晶粒の粒界によるピン止め効果が有効であることを示す結果が得られた.
(3) 結晶粒界における磁束状態とピン止め特性について理論計算を行い,バルクナノメタル超伝導体の磁場中超伝導特性の実験結果を解析を行った.

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

試料の作製と評価,磁化特性の測定など,研究計画調書に記入した予定通り進捗している.また,次年度に継続する走査プローブ顕微鏡測定の予備実験も順調に進んでいることから,「おおむね順調に進展している」と自己評価した.

今後の研究の推進方策

(今後の推進方策)
現時点では研究計画通り順調に進展しているが,新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の感染拡大によって研究機会が制限を受ける可能性があり,状況に応じて出張実験を見直すなど柔軟に対応する予定である.

次年度使用額が生じた理由

(理由)
2020年度は,新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の蔓延により国際会議の開催が延期になった.また,国内学会発表がオンライン開催になるなど,旅費の使用計画を変更したため次年度使用額が生じた.
(使用計画)
2021年度は新しい走査プローブ顕微鏡実験を予定しているため,その試料ホルダなどの消耗品として使用する予定である.また,これまでの成果を積極的に発信するため学会発表用の予算として使用する予定である.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Current-induced phase transition of moving vortices in untwinned YBa2Cu3O7-δ single crystals2021

    • 著者名/発表者名
      T. Naito, T. Nishizaki, N. Kobayashi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 129 ページ: 043901~043901

    • DOI

      10.1063/5.0033000

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local Density of States of Quasi-Particles around a Vortex Core in a Square Superconducting Plate with a Random Impurity Potential2020

    • 著者名/発表者名
      T. Tamai and M. Kato
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1590 ページ: 012001~012001

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1590/1/012001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of artificial square nanorods array to square bulk superconducting plate2020

    • 著者名/発表者名
      T. Kusafuka, M. Kato, and Y. Tsuchiya
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1590 ページ: 012002~012002

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1590/1/012002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local density of States in Two-Dimensional Nano-Structured Superconducting Systems with Superconductor-Normal Metal Interfaces2020

    • 著者名/発表者名
      S. Fukui, Z. Wang, and M. Kato
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1590 ページ: 012006~012006

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1590/1/012006

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Vortex Structure in a Superconductor under a Rotating Field: Entanglement and Recombination2021

    • 著者名/発表者名
      M. Kato, H. Yokoji
    • 学会等名
      American Physical Society (APS) March Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] ハイエントロピー合金Hf21Nb25Ti15V15Zr24の磁場中超伝導特性2021

    • 著者名/発表者名
      西嵜照和, 北川二郎,石津直樹,阿久根忠博,野島 勉,淡路 智,佐々木孝彦
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
  • [学会発表] 高温超伝導体YBa2Cu3Oyの超高速準粒子ダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      大橋拓純,天野辰哉,川上洋平,伊藤弘毅,中村優斗,岸田英夫,佐々木孝彦,西嵜照和, 大串研也,岩井伸一郎
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
  • [学会発表] Anisotropic Critical Current Densities in Ba0.6K0.4Fe2As2 and YBa2Cu3O7 with Splayed Columnar Defects2021

    • 著者名/発表者名
      J. Wang, N. Ito, S. Pyon, T. Nishizaki, Y. Sun, H. Kitano, and T. Tamegai
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
  • [学会発表] 渦糸ダイナミクスの解明を目指す新規分子動力学法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      加藤勝, 山中純, 吉田翔
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
  • [学会発表] Local Density of States of Quasi-particles around a Vortex Trapped in a Grain Boundary2020

    • 著者名/発表者名
      T. Tamai, T. Nishizaki, and M. Kato
    • 学会等名
      The 33rd International Symposium on Superconductivity (ISS2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Superconductivity in Nanosized Dirty Superconductors2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kato, T. Tamai, M. Umeda
    • 学会等名
      The 33rd International Symposium on Superconductivity (ISS2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Entanglement of vortices in a superconductor under spatially varying fields2020

    • 著者名/発表者名
      H. Yokoji, M. Kato
    • 学会等名
      The 33rd International Symposium on Superconductivity (ISS2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] 結晶粒界中での渦糸構造2020

    • 著者名/発表者名
      玉井孝幸,西嵜照和,加藤勝
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [学会発表] 高温超伝導体におけるマイクロ波フラックスフローHall効果2020

    • 著者名/発表者名
      小川 亮,鍋島冬樹,西嵜照和,前田京剛
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [学会発表] 第1種超伝導ワイヤーにおける中間状態の現象論的シミュレーションⅡ2020

    • 著者名/発表者名
      水原祥天, 加藤勝
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [学会発表] メゾスコピック超伝導体の超伝導転移温度と電子対局在III2020

    • 著者名/発表者名
      加藤勝, 玉井孝幸
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [学会発表] Superconductivity in Nano-Size2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kato
    • 学会等名
      Advanced Materials Lecture Series 2020
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 九州産業大学 教員紹介 (西嵜照和)

    • URL

      http://ras.kyusan-u.ac.jp/professor/0000749/profile.html

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公開日: 2021-12-27  

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