Development of high-temperature superconducting coated conductors with superior mass productivity where defects and impurities function cooperatively

缺陷与杂质协同作用，开发具有优异量产性的高温超导涂层导体

• 批准号: 22K04703
• 负责人: 元木 貴則
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04703/
• 关键词: 積層欠陥制御; 希土類系銅酸化物高温超伝導体; 薄膜; 不純物添加; 高温超伝導体薄膜; MOD法; 積層欠陥; 不純物制御; REBCO

希土類系高温超伝導体(RE123)は90K級の臨界温度を有することから液体窒素浸漬下での通電応用やヘリウムフリーでの磁場応用などに向けて研究開発が進められている。これまでの研究で、RE123配向薄膜材料の作製手法を確立するとともに、RE123材料に積層欠陥が存在することに着目し、後熱処理によって材料形態に依らず普遍的に適用可能な積層欠陥制御手法を開発してきた。当該年度は、積層欠陥制御による高機能化に並行して、強い磁束ピン止め中心となる微細な不純物などの非超伝導領域を薄膜中に導入する手法の開発を進めた。BaMO3のペロブスカイト構造の不純物添加やRE123の銅サイトを置換するNiなどの金属元素をドープすることで、臨界電流特性が改善することを明らかにした。具体的には、積層欠陥制御に関して、成膜後のRE123薄膜に対して300度以下の低温で含水蒸気雰囲気中で１時間以下の短時間熱処理を行うことで、外部磁場を印加いていない環境での臨界電流値が液体窒素温度77 Kにおいて2倍以上改善することに成功した。不純物添加効果については、様々な不純物添加や金属ドープ（Zr,Sn,Hf,Pr,Fe,Ni,Zn等）を試みたが、BaZrO3添加、Niドープがそれぞれ最も効果的であることがわかり、さらに3%のBaZrO3添加と0.1%以下のNiドープを組み合わせることで、さらなる特性改善が見られた。また、Agを薄膜表面に蒸着してアニールすることで積層欠陥の生成を促進するというこれまでに知られていない現象も新たに見出し、詳細な機構解明を進めている。

由于稀土高温超导体（RE123）的临界温度为90K，因此正在为诸如液氮浸入和无氦气磁场应用下的电流通电等应用进行研发。在先前的研究中，我们建立了一种制造RE123面向RE123的薄膜材料的方法，并且还集中在RE123材料中的堆叠缺陷上，并开发了一种可以通过热治疗的材料形式来普遍应用的堆叠缺陷控制方法。在这个财政年度，与通过堆叠缺陷控制的功能改善并行，我们开发了一种引入非抗渗透区域的方法，例如，诸如精细杂质，这些杂质是强磁通量固定在薄膜中的中心。据揭示，BAMO3的钙钛矿结构的杂质掺杂和用金属元素（例如Ni）掺杂的杂质（取代RE123的铜位点）可以改善关键电流特性。具体而言，对于堆叠缺陷控制，通过在含水蒸气大气中的低温下形成300度或较少温度后，对RE123薄膜进行短热处理，在不到1小时的情况下形成，在没有外部磁场的环境中，临界电流的临界电流值不得超过液体nitry nitrogogogogogogen的多种多样，而无需添加了多个外部磁场的添加，则添加了多种多样。尝试（ZR，SN，HF，PR，FE，Ni，Zn等），发现Bazro3添加和Ni掺杂是最有效的，并且通过结合3％Bazro3添加和0.1％或更少的NI掺杂来观察性质的进一步改善。此外，迄今已知的一种新现象是一种以前未知的现象，在该现象中，Ag被沉积并退火以促进堆叠缺陷的形成，并正在详细开发以阐明该机制。

项目成果

青山学院大学下山研究室業績リスト

青山学院大学下山实验室成果一览

含水蒸気後熱処理によるRE123薄膜線材の汎用的な高Jc化手法の開発

开发一种通过含水蒸汽后热处理提高 RE123 薄膜线 Jc 的通用方法

• 发表时间: 2022
• 作者: 元木 貴則;金泉 莉大;中村 新一;本田 元気;永石 竜起;下山 淳一
• 通讯作者: 下山 淳一

CuO二重鎖層を含む銅酸化物超伝導薄膜の新しい作製法

一种制备含CuO双链层的氧化铜超导薄膜的新方法

• 发表时间: 2023
• 作者: 山際 清史;上村 恭平，池田 智，山際 清史;戸口 允暉，髙橋 陸斗，山際 清史;大崎 瑛介，元木 貴則，小澤 美弥子，坂井 秀成，堀口 佳吾，中村 新一，下山 淳一
• 通讯作者: 大崎 瑛介，元木 貴則，小澤 美弥子，坂井 秀成，堀口 佳吾，中村 新一，下山 淳一

様々な不純物金属添加によるFF-MOD法Y123薄膜の超伝導特性制御

添加各种杂质金属对FF-MOD Y123薄膜超导性能的控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 小澤 美弥子;元木 貴則;大崎 瑛介;坂井 秀成，堀口 佳吾，下山 淳一;小澤 美弥子，元木 貴則，大崎 瑛介，下山 淳一
• 通讯作者: 小澤 美弥子，元木 貴則，大崎 瑛介，下山 淳一

TbドープY123薄膜の作製と物性

Tb掺杂Y123薄膜的制备及物理性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 小澤 美弥子;元木 貴則;大崎 瑛介;下山 淳一;小澤 美弥子，元木 貴則，金泉 莉大，瀬川 雄大，大崎 瑛介，下山 淳一
• 通讯作者: 小澤 美弥子，元木 貴則，金泉 莉大，瀬川 雄大，大崎 瑛介，下山 淳一