超伝導特性と粒界構造との関連

多方面での実用化に有望視されている酸化物高温超伝導体はセラミックスである。従って、その内部に存在する粒界が実用上最も重要な値である臨界電流密度に大きく影響する。ところで、実用化に向けて興味のもたれているLnBa_2Cu_3O_7-δ(Ln=Y,Lanthanide)超伝導体の特性は、熱処理に伴う酸素含有量の変化と密接な関係がある。しかしながら、酸化物高温超伝導セラミックスの粒界に着目して、熱処理に伴う特性の変化を研究した報告の例は少ない。そこで本研究では、GdBa_2Cu_3O_7-δ超伝導セラミックスに熱処理を施し、その電気的特性の変化から粒界の特性、特に粒界の酸素欠損の生成に関する知見を得ることを試みた。始めに、長さ10μm程度の角柱状の結晶粒子が理論密度の88%程度に焼結し、T_<c(onset)>=93K,T_<c(zero)>=90Kを有するGdBa_2Cu_3O_7-δ単相の試料を固相反応法により作製した。次に、この試料に対して、窒素雰囲気中で400℃,500℃,600℃及び700℃で3〜600minの熱処理を施した。各々の試料について、抵抗率及び交流インダクンスの温度依存性、インピーダンスの周波数依存性、さらに電流ー電圧特性を測定・検討した。これらの実験の結果から得られた知見を以下に示す。1.熱処理に伴う酸素欠損の生成は、粒内部では除々に進行するのに対し、粒界では、急激に進行する。その結果、粒内が超伝導性を有しているにもかかわらずゼロ抵抗とはならない状態が発現する。2.熱処理に伴って、酸素欠損の多い層の厚さは、粒界を中心にして増加していく。3.粒内に対して、粒界の酸素欠損が大きく進行すると、粒界にショットキー障壁が形成する。この障壁の大きさは、粒界の酸素欠損の生成の進行に伴い増加するが、粒界の酸素欠損の生成が飽和状態になると、粒内部の酸素欠損の生成に伴い減少する。

多方面での実用化に有望視されている酸化物高温超伝導体はセラミックスである。従って、その内部に存在する粒界が実用上最も重要な値である臨界電流密度に大きく影響する。ところで、実用化に向けて興味のもたれているLnBa_2Cu_3O_7-δ(Ln=Y,Lanthanide)超伝導体の特性は、熱処理に伴う酸素含有量の変化と密接な関係がある。しかしながら、酸化物高温超伝導セラミックスの粒界に着目して、熱処理に伴う特性の変化を研究した報告の例は少ない。そこで本研究では、GdBa_2Cu_3O_7-δ超伝導セラミックスに熱処理を施し、その電気的特性の変化から粒界の特性、特に粒界の酸素欠損の生成に関する知見を得ることを試みた。始めに、長さ10μm程度の角柱状の結晶粒子が理論密度の88%程度に焼結し、T_<c(onset)>=93K,T_<c(zero)>=90Kを有するGdBa_2Cu_3O_7-δ単相の試料を固相反応法により作製した。次に、この試料に対して、窒素雰囲気中で400℃,500℃,600℃及び700℃で3〜600minの熱処理を施した。各々の試料について、抵抗率及び交流インダクンスの温度依存性、インピーダンスの周波数依存性、さらに電流ー電圧特性を測定・検討した。これらの実験の結果から得られた知見を以下に示す。1.熱処理に伴う酸素欠損の生成は、粒内部では除々に進行するのに対し、粒界では、急激に進行する。その結果、粒内が超伝導性を有しているにもかかわらずゼロ抵抗とはならない状態が発現する。2.熱処理に伴って、酸素欠損の多い層の厚さは、粒界を中心にして増加していく。3.粒内に対して、粒界の酸素欠損が大きく進行すると、粒界にショットキー障壁が形成する。この障壁の大きさは、粒界の酸素欠損の生成の進行に伴い増加するが、粒界の酸素欠損の生成が飽和状態になると、粒内部の酸素欠損の生成に伴い減少する。