高臨界電流特性超伝導大型結晶材料の開発

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本研究では、希土類123系高温超伝導体の大型結晶における高臨界電流特性化を結晶化学、固体欠陥化学的な立場から進めた。大型結晶は種結晶から育成する円盤または円柱状の溶融凝固バルクであり、微細組織や結晶性、さらに超伝導相の化学組成の制御がその臨界電流特性に大きく影響する。この材料では臨界電流特性が超伝導バルク磁石としての特性に直結しているのでその改善は学術だけでなく実用範囲を広げる意味でも重要である。最終年度である19年度にはこれまでの研究で得られた知見を総合的に生かし、希土類123溶融凝固バルクにおける高臨界電流特性化の指針を確立するとともに、実用材料において機械特性向上のために添加される銀が超伝導特性に及ぼす本質的な影響の解明を行った。希土類123溶融凝固バルクにおいて最終熱処理過程で制御する不定比酸素量は臨界電流特性に大きく影響する重要な因子であるが、その最適熱処理温度が微量であっても混入した炭素、銀、またはバリウムサイトを一部置換した希土類によって50℃程度変化することを見出した。さらに銀は銅-酸素鎖面の銅のサイトを1.5%程度置換し、置換部位の周囲が磁束ピン止め点となって磁場下における臨界電流特性向上の効果を持つことを発見した。本研究の結論は、従来注目されていなかったc軸成長領域が結晶性に優れ臨界電流特性=捕捉磁場特性が高くかつ均質であること、c軸成長領域を主領域とする円柱形状の溶融凝固バルク育成がバルク磁石の量産に有効であること、Tcが最も高くなる最適キャリアドープ状態またはややキャリア過剰ドープ状態に酸素量が制御されるべきこと、銀は機械特性向上だけでなく臨界電流特性改善の観点からも積極的に添加されるべきこと、である。なお、これらは実用的なバルク材料開発に容易に展開できる指針である。