PLD法によるBaNb2O6ドープ超伝導薄膜に及ぼす成膜条件の効果

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REBa_2Cu_3O_<7-δ>(RE:希土類元素)超伝導薄膜を用いたテープ線材の電力機器応用には、磁場環境下での臨界電流密度(J_c)の低下と同材料の結晶構造に起因する電流特性の異方性が課題となっている。本研究では、ErBCO超伝導薄膜中に非超伝導相(ナノロッド)を人工的に導入することによるJ_cの増大を目的とし、ナノ構造組織制御の観点から以下の成果を得た。1.ErBCO膜中に導入したBMOx(M=Zr,Sn,Nb)について、成長に及ぼす材料の違いを調査し、BMOx材料の種類でナノロッドの直径や数密度を制御すると共に、磁場中J_cを大幅に増大させた。また、ナノロッドの成長の差異をAvramiの成長モデル式と対応させることで、成長の主因子が化学ポテンシャルの関数である過飽和度であること明らかにした。2.結晶化温度及び添加するBMOx材料の濃度によって結晶化時の膜の成長に寄与する過飽和度が制御できることを実験事実から示した。さらに、過飽和度を制御することで、ナノロッドの成長方位を一方向から傾斜化できることを示し、磁場中J_cの異方性を大きく低減できることを実証した。また、試料の組織観察から、ナノロッドの傾斜機構に関する概念図を構築した。3.テープ線材の実用化の観点から、提案したモデルを用いて、実用金属テープ上における膜成長時の過飽和度制御の重要性を指摘した。また、下地の異なる環境下においてもナノロッドの成長を制御し、ErBCO薄膜の磁場中J_c特性を向上できることを示した。以上の研究成果をもとに、国際学会においては、The2^<nd>Japan-Korea Superconductivity Work Shop 2010において講演し、ナノ構造組織制御に及ぼす成長支配因子の考察及びその寄与度について明らかにしたことで、計29名の若手研究者の中からBest Student Awardに選出された。