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

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本研究では，金属系を中心とした超伝導体に対して微細結晶粒を導入したバルクナノメタルの超伝導特性を明らかにすることを目的として，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) 前年度に引き続き，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．2022年度は，化合物系のNb3Snバルク超伝導体に加えて，ハイエントロピー合金Hf21Nb25Ti15V15Zr24についてもHPT加工を行い超伝導特性の変化を調べた．(2) Nb3Snは従来型の超伝導体の中でも特に高磁場用の超伝導線材として実用化されている超伝導体である．このNb3Snに微細結晶粒を導入し磁束ピン止め力を増加させることを目指してNb3SnにHPT加工を行った．化合物系のNb3Snでは合金系と異なり，HPT加工後に臨界電流密度が低下する結果が得られ，超伝導特性はひずみの付与で極端に低下することが分かった．(3) ハイエントロピー合金Hf21Nb25Ti15V15Zr24についてHPT加工を行う前の臨界温度，臨界電流密度，渦糸構造について調べた． SQUID顕微鏡を用いて局所磁気測定を行った結果，ハイエントロピー合金では初めて量子化磁束の観測に成功した．(4) Bogoliubov-de Gennes方程式と有限要素法を用いて，磁場中の乱れた超伝導体おける渦糸構造を調べた結果，渦糸コアサイズは不純物ポテンシャルのサイズに依存することが分かった．また，準粒子の構造，特に渦糸コア周辺の束縛状態についても調べ，渦糸コアサイズと不純物ポテンシャルのサイズとの関係を議論した．