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超伝導体や熱電変換材料などのエネルギー材料はナノスケールの構造制御によってマクロスケールなエネルギー性能が向上するマルチスケールエネルギー材料である。超伝導では、ナノスケールの欠陥を意図的に導入することで臨界電流密度を飛躍的に向上させることができる。また、熱電変換材料では、結晶欠陥による熱伝導率の低下が熱電変換効率の向上に寄与することが期待できる。本課題ではセルフオーガニゼーション（自己組織化）の制御技術を確立することでエネルギー材料の性能を飛躍的に向上させる、高性能マルチスケールエネルギー酸化物材料開発技術の創製を目的としている。
2015年度は、①3次元に拡張した結晶成長シミュレーションコードを開発し、ナノロッドの成長機構や形状についてシミュレーションを行った。このシミュレーションの結果と実際の実験結果を比較することで、ナノロッドの自己組織化機構を明らかにすることを目的とした。また、②自己組織化やナノ電極リソグラフを用いて磁束ピンニングセンターをデザインし、超伝導特性を評価することも行った。
①開発した3次元結晶成長シミュレーションによって、RE-Ba-Cu-O薄膜中でBaMO3(BMO)が自己組織化してナノロッドを形成する過程を再現することに成功した。このシミュレーションを用いることで成長温度と成膜速度に対するナノロッドの自己組織化形状に関する状態図を作成した。
②シミュレーションの結果に基づいて、低い成長温度でBMO添加RE-Ba-Cu-O薄膜を作製しその超伝導特性を測定したところ、4.2 Kにおいて巨視的ピンニング力密度1.6 TN/m3を得た。この値は世界最高クラスの値である。また、ナノ電極リソグラフによって意図した配置にピンニングセンターを入れることに成功し、ピンニングセンターの密度によって超伝導特性が変化することを確認した。
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