ナノ組織制御により人工磁束ピンニング点を導入した高温超伝導線材の創製

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超伝導電力貯蔵装置(SMES)や変圧器にREBCO超伝導線材を応用するためには、磁場下で高い臨界電流(I_c)が必要となる。磁場下で高いI_cを得るために、最も低コスト化が期待される金属有機酸塩堆積(MOD)法により作製し、独自の手法を用いて超電導層内部に等方的な形状を有する磁束ピンニング点(BaZrO_3ナノ粒子)を導入した。また、磁場中超伝導特性と人工磁束ピンニング点の形状、密度等との関係を調べることにより人工磁束ピンニング点と量子化磁束との相互関係を調べた。本研究ではこれまで報告例が少ないBaZrO_3ナノ粒子をMOD法の体積拡散による成長を制御し、世界で初めて膜面方向だけでなく膜厚方向にも均一分散させた。その結果、Y_<1-x>Gd_xBa_2Cu_3O_y+BZO線材は、液体窒素温度、B=～5Tにおいてあらゆる磁場印加角度に対して等方的かつ世界最高のI_<c,min>(I_cの最低値)を得ることに成功した。人工磁束ピンニング点と量子化磁束との相互関係を明らかにするため、人工磁束ピンニング点を導入したREBCO線材の磁場中超伝導特性と人工磁束ピンニング点の形状、密度等との関係を調べた。装置としてB=65Tまで磁場発生可能な米国国立ロスアラモス研究所高磁場センターのパルスマグネットを用いて評価した。その結果、人工磁束ピンニング点を導入していないYBCOに比べて、YGdBCO+BZO線材は、高密度かつ等方的なBZOナノ粒子を有するため、65Tという超磁場下においても高い超伝導特性を維持することを世界で初めて確認した。また、YGdBCO+BZO線材は、3次元の人工磁束ピンニング点が有効的に量子化磁束を捕らえ、従来のvortex-glass的振る舞いではなくBose-glass的な振る舞いをすることが確認された。今回の成果より、磁束ピンニング点の次元性の違いによって、量子化磁束の超伝導体内における振る舞いが異なることが明らかになった。