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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。