銅酸化物高温超伝導体の電子相図に着目した臨界電流密度制御因子の解明

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銅酸化物高温超伝導体Bi2.1Sr1.9CaCu2O8+δの単結晶試料をフローティング・ゾーン法で作製した。各試料のキャリアドープ量を制御するため、酸化/還元雰囲気でアニール処理を施した。超伝導臨界温度Tcと臨界電流密度Jcを磁化測定により評価した。当初、複数用意した試料を異なる条件でアニールし、そのJcを比較したところ、試料ごとにJcの値が大きくばらつき、Jcのドープ量依存性の抽出が困難であった。異なる試料では欠陥構造や化学組成比に若干の違いがあり、Jcに大きく影響したと考えらえる。そこで本研究では、より正確なJcのドープ量依存性の評価の試みとして、同一の試料に対して繰り返しアニールを施して磁化測定を行った。この方法により、Jcの値のばらつきは大きく改善し、Jcのドープ量依存性の信頼性がより向上した。これまでにもJcが過剰ドープ領域で増大することは知られていたが、本研究では不足ドープ領域においてもJcが増大し、2つのピークを示すことを初めて発見した。このように不足ドープ領域でJcが増大することは、超伝導と他の秩序相が共存・競合することによる新奇な磁束ピン止め機構の寄与、あるいは不足ドープ領域における超伝導パラメータの急激な変化を示唆している。いずれの場合も、これまで知られていなかった新奇なメカニズムであり、より詳細な物性評価・解析が必要である。また、輸送特性測定にも着手し、ドープ量依存性の評価を試みたが、Jcほどではないものの、試料ごとのデータのばらつきが大きい結果であった。Jcと同様に、同一試料に対してドープ量依存性の評価を行う必要があると考えられる。