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2011-7

イットリウム系超電導線材の電子顕微鏡による微細構造解析


技術のポイント

超電導層に形成された突起物および異相を同定し、これらの3次元分布を明らかにした

基礎研究


背景
レーザー蒸着(PLD)法で形成されるイットリウム系超電導層には、突起物が形成されており、超電導電流の阻害要因となっている。超電導層の均一化、高臨界電流化のためには突起物形成を抑制する必要がある。

目的
超電導層に形成され突起物を同定し、突起物が形成された原因を特定する。

成果
(1) 突起物は、基板鉛直方向に対しc軸が傾斜したGdBa2Cu3Oy (GdBCO)結晶、ab面内でマトリックスに対し45°回転したc軸配向結晶および、a軸配向結晶の3種類であることを同定。
(2) FIB-SEMによる3次元解析から、c軸が傾斜した結晶および45°回転した結晶の下にはCuOが存在していることが判明。
c軸が傾斜した結晶、45°回転した結晶を抑制 → CuO形成を抑制
a軸配向結晶の抑制 → 基板温度を制御


・計算方法:第一原理平面波基底PAW法 (VASP code) 320原子のsupercellによる点欠陥計算

図1. (a) c軸が傾斜した結晶の同定、(b) 45°回転した結晶の同定、(c) a軸配向結晶の同定

図2. FIB-SEMによるPLD-GdBCO線材の3次元構築、(a) 断面の投影、(b) 斜めからの投影



今後の展開
微細構造解析から超電導層の均質化、
高臨界電流を有する線材の開発を支援
超電導機器用線材の開発

謝辞 この成果は、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)「イットリウム系超電導電力機器技術開発」の委託業務の結果得られたものである。



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