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本研究では、28年度に密度の異なるBaZrO3粒子導入Ba122:P薄膜作製及び特性評価を行い磁場中臨界電流密度(Jc)向上の指針を得ることを目的として研究を行った。
具体的には、更なる高磁場での高Jcを得るために、密度・サイズ制御したBaZrO3ナノ粒子を最適組成のBa122:P薄膜中に導入するナノ粒子の密度を制御・導入した。その結果、3mol.%で液体ヘリウム(4.2 K)や過冷却液体水素(15 K)で世界最高レベルの高い磁場中Jcを得ることに成功した。この要因を解明するために、米国ロスアラモス国立研究所と共同で量子化磁束の熱振動とBaZrO3ナノ粒子の関係を調べた.その結果、
BaZrO3ナノ粒子導入線材は、永久電流モードで電磁石として実用されているMgBやNbTiと同等まで熱振動が小さいこと明らかにした。また、すべての超伝導材料における熱振動と超伝導パラメータであるギンツブルグナンバーと相関があることを世界で初めて明らかにした。これらの成果は、Nature Materials(DOI: 10.1038/nmat4840)に掲載され、米国物理協会Physics Today、日経産業新聞でも取り上げられた。
また、これまで磁場中Jc特性に関する実験結果を理論的に計算し、理解しようとする試みがなされてきたが、本研究では、ナノ粒子導入鉄系超伝導体に対して熱振動(磁束クリープ)のない磁場中Jcの理論式と実験的に得られた磁束クリープ特性をもとに新たなモデルを構築し、実験的に得られた磁場中Jc特性を説明することに成功した(現在投稿中)。このモデルを使うことで、実際の応用に求められている磁場中Jcを実現するためには、そのような人工欠陥を導入する必要があるのかデザインすることが可能になると考えられる。
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