結晶構造制御と人工ピニングセンターによる鉄系超伝導薄膜の特性向上と線材応用

鉄系超伝導体は、 (1) 50 Tを超える上部臨界磁場、(2) 小さい異方性因子（ = 1～2）、(3) 結晶粒界における臨界電流密度（Jc）特性の優位性という、低温における高磁場発生マグネット用線材への応用に有利な特性をもつ。昨年度、我々のグループでは、基板加熱機構にレーザーダイオードを用いた1000℃以上で製膜が可能な製膜装置を利用することで、鉄系薄膜では磁場中で最も高いJcを示すP添加BaFe2As2のエピタキシャル成長に成功し、またそのJcの異方性が成長速度の低下に伴い小さくなることを報告した。今年度は実用の際用いられる金属テープ基板を用いて、超伝導薄膜線材と同様の積層構造を持つP添加BaFe2As2薄膜を作製し、得られた薄膜のJc特性を調べたので報告する。イオンビームアシスト蒸着によってハステロイ上に2軸配向したMgOを蒸着した、IBAD-MgO金属テープ基板(面内配向度約4度、iBeam Materials, Inc.製)をテープ基板として用いた。得られた薄膜は面内4回対称を示し、エピタキシャル成長が確認できた。薄膜のP濃度は28%と、ターゲットの仕込み組成に対して約7%減少しており、単結晶基板上への製膜時と同じ傾向を示した。4 KにおけるJcの値は、自己磁場中で1 MA/cm2、9 Tで0.1 MA/cm2であった。これらの値は同様の配向度を持つ金属テープ基板上に製膜されたBa(Fe1‒xCox)2As2薄膜のものと同等であったが、MgO単結晶基板上に製膜されたBaFe2(As1‒xPx)2薄膜より約1桁低い値であった。印加磁場に対するJcの角度依存性は、H // ab、H // cのどちらにもブロードなピークを持つことがわかり、磁束ピニングセンターが導入されていることがわかる。12 K、3 TにおけるJcの最大値と最小値の比は0.82とMgO単結晶基板上に製膜されたBaFe2(As1‒xPx)2薄膜のものと同等の特性を示し、本研究で得られた試料は現在までの鉄系薄膜線材の中で最も小さい異方性をもつ。

鉄系超伝導体は、 (1) 50 Tを超える上部臨界磁場、(2) 小さい異方性因子（ = 1～2）、(3) 結晶粒界における臨界電流密度（Jc）特性の優位性という、低温における高磁場発生マグネット用線材への応用に有利な特性をもつ。昨年度、我々のグループでは、基板加熱機構にレーザーダイオードを用いた1000℃以上で製膜が可能な製膜装置を利用することで、鉄系薄膜では磁場中で最も高いJcを示すP添加BaFe2As2のエピタキシャル成長に成功し、またそのJcの異方性が成長速度の低下に伴い小さくなることを報告した。今年度は実用の際用いられる金属テープ基板を用いて、超伝導薄膜線材と同様の積層構造を持つP添加BaFe2As2薄膜を作製し、得られた薄膜のJc特性を調べたので報告する。イオンビームアシスト蒸着によってハステロイ上に2軸配向したMgOを蒸着した、IBAD-MgO金属テープ基板(面内配向度約4度、iBeam Materials, Inc.製)をテープ基板として用いた。得られた薄膜は面内4回対称を示し、エピタキシャル成長が確認できた。薄膜のP濃度は28%と、ターゲットの仕込み組成に対して約7%減少しており、単結晶基板上への製膜時と同じ傾向を示した。4 KにおけるJcの値は、自己磁場中で1 MA/cm2、9 Tで0.1 MA/cm2であった。これらの値は同様の配向度を持つ金属テープ基板上に製膜されたBa(Fe1‒xCox)2As2薄膜のものと同等であったが、MgO単結晶基板上に製膜されたBaFe2(As1‒xPx)2薄膜より約1桁低い値であった。印加磁場に対するJcの角度依存性は、H // ab、H // cのどちらにもブロードなピークを持つことがわかり、磁束ピニングセンターが導入されていることがわかる。12 K、3 TにおけるJcの最大値と最小値の比は0.82とMgO単結晶基板上に製膜されたBaFe2(As1‒xPx)2薄膜のものと同等の特性を示し、本研究で得られた試料は現在までの鉄系薄膜線材の中で最も小さい異方性をもつ。