超伝導酸化物結晶粒界の構造と伝導特性の研究

超导氧化物晶界结构及导电性能研究

基本信息

批准号：
63631511
负责人：
石田洋一
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1988
资助国家：
日本
起止时间：
1988 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

酸化物超伝導材料の実用化に対して結晶粒界その他の内部界面は否定的意味で重要な課題となっている。臨界電流Jcが焼結体で10^4A/cm^2以下、単結晶体の1/100以下という小さな値しか示さないのは結晶粒界が障害となっているためと考えられるからである。実際、双結晶試料による測定はJcが結晶粒界の種類により大幅に変わることを示した。高分解能電子顕微鏡観察を主な武器とする本研究はこのような粒界構造の影響を明らかにし、Jcの壁を取り除く方策を探ることにある。解析したイットリウム系およびビスマス系超伝導酸化物焼結体中の結晶粒界は、いずれも原子配列の乱れが数原子層に限定され、セラミックスとしては比較的薄い。これは焼結助剤を使用していないからである。結晶粒界はその多くが片方の結晶の底面に平行で平面性の著しい界面となっている。これは層状構造をもつ結晶の粒界に特有な現象と云える。ビスマス系では特にこの傾向が著しく、結合が弱いとされるビスマス層がこの界面となり易い。界面方向がこれ以外の方向のときでも、[010]軸方向に生ずる変調構造が稠密に並ぶ面が粒界面として選ばれて、結晶粒界がビスマス濃化帯を包絡している。微視的に粒界面をビスマス層としている。この傾向は[001]軸を回転軸とするねじり粒界では顕著にあらわれ、ビスマス層が粒界面となっている。ビスマス層は絶縁体的性質を持っているとされており、[001]軸方向のクーパー対のコヒーレンス長さが短いということもあって超伝導の障害となっている可能性が強い。焼結試料のJcが単結晶のそれより著しく低いのはこのような結晶粒界の伝導性の低さが原因であると考察された。

从负面意义上讲，用于实际使用氧化物超导材料，晶界和其他内部接口是重要的问题。临界电流JC仅小，烧结的身体中的10^4a/cm^2或更少的原因，而单个晶体体中的1/100或更少是因为晶界是障碍物。实际上，使用双晶样品的测量结果表明，JC取决于晶界的类型。这项使用高分辨率电子显微镜作为其主要武器的研究是阐明这种晶界结构的影响，并探索清除JC壁的方法。分析的基于Yttrium和bismuth的超导氧化物烧结物体的晶界仅限于几种原子层的原子排列，并且对于陶瓷而言相对较薄。这是因为没有使用烧结援助。大多数晶界都平行于一个晶体的底部表面，并且是极其平坦的界面。可以说这是带有分层结构的晶体边界所特有的现象。这种趋势在二晶型系统中尤其明显，据说具有较弱键的二晶层可能形成了这种界面。即使界面方向在另一个方向上，选择在[010]轴向方向上的调制结构密集排列的表面也被选为晶粒界面，并将晶界包围着Bismuth富集带。从显微镜上讲，谷物界面是bismuth层。在扭转晶界，以[001]轴为旋转轴，这种趋势是显着的，其二晶层用作晶界。据说二晶层具有绝缘体特性，轴向库珀对的短相干长度可能是超导性的障碍。据认为，烧结样品中的JC显着低于单晶的原因是由于晶界的电导率较差。