Development of high field superconducting bulk magnet based on new iron-based superconductor

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本研究では、新規鉄系超伝導体CaKFe4As4(CaK1144)を用いた革新的な超伝導バルク磁石の開発をめざした。CaK1144は、高い転移温度と、転移温度近くまで高い臨界電流密度を維持する優れた特性を有し、キャリアドープが不要で特性が均一、かつ多結晶体でも高い臨界電流密度が実現可能である。一方で合成条件が非常に狭く、特に超伝導線材化に必須なAgシース材等との反応で容易に分解することから、線材化のめどは立っていない。そこでシース材が不要、かつ均一性などの特徴を活かした応用として超伝導バルク磁石の開発を目指した。今年度は、前年度に確立したCaK1144バルク作製手法を元に、更なる高特性化に取り組んだ。CaK1144は超伝導転移温度(Tc)が一意に決まる物質と思われていたが、合成後の再焼成より変化することを見出した。アニール条件を最適化した結果、Tcは35K近くまで向上し、更に結晶中の特性が均質化し、超伝導転移がよりシャープになることが分かった。またこれによりTcだけでなく臨界電流特性(Jc)も向上することを見出した。そこで放電プラズマ焼結(SPS)法で作製したCaK1144バルクにアニールを適用することで、これまで鉄系超伝導体で報告されている多結晶バルクで最高レベルのJcを達成することに成功した。また昨年度見出したSn添加効果について、より詳細に条件を検討した。添加量、添加形態、熱処理条件等複数のパラメータをそれぞれ最適化することで、通常の焼結のみで3*10^4A/cm^2のJcを達成した。また多結晶CaK1144のトンネル電子顕微鏡(TEM)による微細組織観察を行い、CaK1144単結晶と同様に積層欠陥が存在すること、一方で厚みや密度などが異なることを明らかにした。これらの成果を国際学会招待講演や学術誌への発表により明らかにした。