新規な格子ダイナミックスを用いた超伝導薄膜・バルク材料の創製とその応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655328
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 向田 昌志 山形大学, 工学部, 助教授 (50302302)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大嶋 重利 山形大学, 工学部, 教授 (40124557) ; 石井 修 山形大学, 工学部, 教授 (80282234) ; 神戸 士郎 山形大学, 工学部, 助教授 (20211188)
• Keywords: 酸化物高温超伝導体 / 薄膜結晶成長 / 面内配向制御 / 酸素不定比量 / 表面抵抗 / 臨界電流密度 / ErBa_2Cu_3O_<7-δ> / オーバードープ

Research Abstract

酸化物高温超伝導体は銅(特にCu_1サイト)の価数により、その超伝導特性は大きく変化する。中でもTcの酸素量依存性は著しく、超伝導特性の酸素不定比量依存性に関する研究結果がこれまで多く報告されている。今回我々は、各種超伝導薄膜をいろいろな酸素状態中で作製し、その作製条件依存性について調べた。これらの作製条件が薄膜内部の酸素量に、どのように依存するかは、非破壊にはx-線回折による超伝導薄膜の軸長から、また破壊検査としては、ヨードメトリ法により評価した。当初は、代表的な酸化物超伝導体であるYba_2Cu_3O_<7-δ>を中心に、研究を進めていたが、同じくLnBa_2Cu_3O_<7-δ>系超伝導体の中で、高温で酸素を取り込みやすい(オーバードープになりやすい)と報告(報告者:下山淳一東大助教授)のあったErBa_2Cu_3O_<7-δ>薄膜に集中し、研究を進めている。
現在までに得られたas-grownの薄膜は、超伝導転移温度がYBa_2Cu_3O_<7-δ>薄膜よりも数度高く、77K付近での表面抵抗(Rs)はこれまでのYBa_2Cu_3O_<7-δ>系薄膜に比べて格段に低くなっている。さらに、現在酸素量の最適化を行っているが、500℃付近で酸素を十分吸わせた後に、急冷することにより、臨界電流密度(Jc)が格段に向上することを確認している。しかしながら、これらの結果は必ずしもバルク試料で得られた結果と合致していない。そのため、薄膜試料での酸素アニールについては更なる実験が必要である。来年度は各種酸素種(酸素分子、酸素原子、オゾン)中での冷却過程とその効果を調べると同時に、LnBa_2Cu_3O_<7-δ>系のY、ErBa_2Cu_3O_<7-δ>系以外の材料へも同プロセスを適用し、LnBa_2Cu_3O_<7-δ>系薄腹中での最適材料の選出と新材料創製を視野に置いた高機能化を行う予定である。

Research Products

• [Publications] D.Okai, M.Kusunoki, M.Mukaida, S.Ohshima: "Surface resistance measurement of superconducting thin film using probe-coupling-type microstrip line resonator"ELECTRONICS AND COMMUNICATIONS IN JAPAN PART II-ELECTRONICS. 86. 27-35 (2003)
• [Publications] M.Kusunoki, Y.Takano, K.Nakamura, M.Inadomaru, D.Kosaka, A.Nozaki, S.Abe, M.Yokoo, M.Lorenz, H.Hochmuth, M.Mukaida, S.Ohshima: "Demonstration of surface resistance mapping of large-area HTS films using the dielectric resonator method"Physica. C-383. 374-378 (2003)
• [Publications] L.Zhang, M.Moriya, T.Kobayashi, T.Goto, M.Mukaida: "Planar intrinsic Josephson junctions with in-plane aligned YBCO films"Supercond. Sci. Tech. 15. 1775-1777 (2002)
• [Publications] L.Zhang, M.Moriya, T.Kobayashi, M.Mukaida, T.Goto: "Fabrication and properties of planar intrinsic Josephson junctions with in-plane aligned YBCO films"IEICE. E85-C. 764 (2002)
• [Publications] M.Mukaida, S.Sato, Y.Takano, M.Kusunoki, S.Ohshima: "Control of grain size by initial growth stage of YBCO thin films"Physica. C-378-381. 1232-1235 (2002)
• [Publications] Y.Nakamura, S.Kudo, M.Mukaida, S.Ohshima: "Crystallinity of YBCO thin films on an MgO substrate using an amorphous buffer layer deposited at a low temperature"Physica. C-378-381. 1241-1245 (2002)
• [Publications] S.Ohshima, S.Oikawa, T.Noguchi, M.Inadomaru, M.Kusunoki, M.Mukaida, H.Yamasaki, Y.Nakagawa: "The correlation of the critical current density and surface resistance of thin films"Physica. C-372-376. 671-674 (2002)