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R-33
2016

FIB-SEMを用いた超電導層の3次元構築


技術のポイント

超電導層の3次元構築結果から高い超電導特性を有する理由とその超電導層の成長モードを解明

基礎研究


背景
磁場中で高い臨界電流(Ic)値を有するREBa2Cu3Oy(REBCO, REはY、Gd、Eu、Sm、Nd等)超電導線材の開発には、超電導層の厚膜化と、人工ピン止めセンターのナノサイズ均一微細分散が必要であるが、厚膜化とともに、 Ic値が飽和し、その増大が抑制される問題があった

目的
異なる条件で、レーザ蒸着(PLD)法により人工ピン止めセンターとしてBaHfO3 (BHO)ナノロッドを分散させたGdBCO層およびEuBCO層の成長メカニズムを検討する。77 K、3 Tにおいて、GdBCO層およびEuBCO層の Ic値は、それぞれ、85 A/cm、141 A/cmであった

成果
(1) GdBCO層およびEuBCO層の大部分はc軸配向結晶(母層)で構成され、その内部のナノロッドの形状および分布に大きな差は無い
(2) 母層と方位が異なる超電導粒子は超電導層の膜厚増加とともに体積割合が増加し、厚膜化によるIc値が飽和する原因の一つである
(3) 通常のPLD法による超電導層成長モードは気相−固相(V-S)モードであるが、本研究で紹介したEuBCO層の成膜では、酸素分圧、成膜温度を制御し、超電導層の結晶成長表面に定常的に形成した液相(Ba-Cu-O)を介した気相−液相−固相(V-L-S)モードの成長を実現させ、母層と方位が異なる超電導粒子形成を抑制し、超電導層の厚膜化に伴った高Ic 特性を得ることに成功した


・手法: 連続断面SEM像によるGdBCO層(V-Sモード)およびEuBCO層(V-L-Sモード)の3次元構築
(a) GdBCO層および(b) EuBCO層の3次元構築結果。は母層と方位が異なる超電導粒子、
はBa-Cu-O、Ba-OもしくはCu-O、 はGd2O3、 Eu2O3もしくはBaHfO3は空隙、 はCeO2を示す



期待される適応分野
超電導線材の微細構造解析
高磁場中で高い超電導特性を発現する
超電導線材のプロセス開発支援

謝辞 本発表の成果は、経済産業省の委託及び、日本医療研究開発機構(AMED)の支援により実施した



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