第三高調波交流帯磁率を用いた超伝導体の臨界電流密度の評価

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第三高調波交流帯磁率の解析にはBeanの臨界状態モデルが広く使われているが、量子化磁束の可逆運動が顕著な際には臨界電流密度の過大評価などの問題を引き起こす。一方、量子化磁束の可逆運動を考慮したCampbellモデルを用いた解析では、超伝導体の有効サイズdがCampbellの交流磁界の侵入深さλ^1_0よりも小さくなる時に量子化磁束の可逆運動が顕著となり、第三高調波交流帯磁率のピーク値の減少やピークでの交流磁界が増大することを説明することができる。本研究ではCampbellモデルを用いて超伝導平板と超伝導円柱において量子化磁束の可逆運動が顕著な際でも臨界電流密度を評価する方法を提案した。そしてこの方法を確かめるためにNb-Ti多芯線、粉末のY-Ba-Cu-O酸化物超伝導体などの試料において一定の温度、直流磁界下での第三高調波交流帯磁率の交流磁界依存性を測定し、それから臨界電流密度を評価した。第三高調波交流帯磁率の交流磁界依存性は、λ^1_0が大きくなる高温高磁界下で量子化磁束の可逆運動の影響を受けて、ピーク値や減少やピークでの交流磁界が増大する結果を得た。このピーク値の減少とそのときの交流磁界はd/2λ^1_0の関数として表すことができるので、可逆の度合いを評価し臨界電流密度の過大評価を補正することができる。このようにして求めた臨界電流密度の結果は量子化磁束の可逆運動の影響を受けない直流磁化曲線のヒステレシスの幅より評価した値と比較検討を行った。その結果これらの値はおおよそ一致し、Campbellモデルによる解析を用いることにより量子化磁束の可逆運動が顕著な際でも第三高調波交流帯磁率から精度よく臨界電流密度を評価することができることを示した。