(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導膜に磁場発生源により磁場を印加し、この磁場発生源の磁場により上記超伝導膜と上記磁場発生源との間に生ずる斥力が増大から減少に転ずるまで磁場強度を連続して増大させ、斥力が増大から減少に転ずる磁場強度から、上記超伝導膜の超伝導臨界電流特性を評価することを特徴とする、超伝導膜の超伝導臨界電流特性の評価方法。
【請求項２】
前記超伝導膜の超伝導臨界電流特性の評価は、前記斥力が増大から減少に転ずる磁場強度Ｈa 、及び、上記超伝導膜の膜厚ｄから、上記超伝導膜の超伝導臨界電流密度をＪc として、Ｊc ＝２Ｈa ／ｄの関係から超伝導臨界電流密度Ｊc を求めて評価することを特徴とする、請求項１に記載の超伝導膜の超伝導臨界電流特性の評価方法。
【請求項３】
前記磁場強度の増大を、一定磁場を発生する磁場発生源と前記超伝導との間の距離を減少させることによって行い、前記斥力が増大から減少に転ずる上記距離によって、上記超伝導膜の超伝導臨界電流特性を評価することを特徴とする、請求項１に記載の超伝導膜の超伝導臨界電流特性の評価方法。
【請求項４】
前記超伝導膜の裏面に常磁性体を配置することにより、前記斥力が増大から減少に転ずる磁場強度を高感度に検出することを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の超伝導膜の超伝導臨界電流特性の評価方法。
【請求項５】
前記磁場発生源は、前記超伝導膜に対向する面の一部に設けた開口を除いて磁気シールドされており、上記開口は、上記超伝導膜の形状毎に、上記超伝導膜の膜端における磁場強度が上記開口部直下の磁場強度より小さくなる面積であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の超伝導膜の超伝導臨界電流特性の評価方法。
【請求項６】
前記超伝導膜は、前記磁場発生源に対向する面の一部に設けた開口を除いて磁気シールドされており、上記開口は、上記超伝導膜の形状毎に、上記超伝導膜の膜端における磁場強度が上記開口部の磁場強度より小さくなる面積であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の超伝導膜の超伝導臨界電流特性の評価方法。
【請求項７】
超伝導臨界電流特性を評価する超伝導膜を搭載する秤と、この秤に搭載した上記超伝導膜を冷却する冷媒と、この冷媒を保持する容器と、上記秤に搭載した超伝導膜の表面に垂直な直線上で上記超伝導膜に近接及び離隔可能に保持された磁場発生源とを有し、
上記秤に搭載した上記超伝導膜に上記磁場発生源を近接させることにより、上記磁場発生源から上記超伝導膜に印加される磁場強度を増大させると共に、上記超伝導膜と上記磁場発生源との間に生ずる斥力を上記秤で測定し、斥力が増大から減少に転ずるまで連続して近接させ、斥力が増大から減少に転ずる上記超伝導膜と上記磁場発生源との距離により、上記超伝導膜の超伝導臨界電流特性を評価することを特徴とする、超伝導膜の超伝導臨界電流特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超伝導膜の超伝導特性を、高感度、簡便、且つ、低コストで評価する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銅酸化物系の高温超伝導膜を用いたデバイスの実用化が進んでいる。例えば、移動体通信用基地局は、限られた周波数帯域にできるだけ多くの加入者周波数帯を取り込む必要があり、高性能のマイクロ波バンドパスフィルターを必要としている。マイクロ波バンドパスフィルターの特性はフィルター回路の抵抗成分によって左右されるので、抵抗成分の極めて小さい高温超伝導膜を使用してマイクロ波バンドパスフィルターの特性を飛躍的に向上させている（非特許文献１参照）。また、高温超伝導膜をテープ上に積層した超伝導電線が実用化されている（非特許文献２参照）。
【０００３】
しかしながら、銅酸化物系の高温超伝導膜に代表されるように、超伝導膜の生産技術が極めて精力的に研究されているにもかかわらず、再現性良く良品の超伝導膜のみを生産することが困難であり、デバイスの生産に当たっては、デバイスに使用する超伝導膜を全数検査し、材料選別することが必要である。
このため、超伝導膜を用いたデバイスを安定した品質で、且つ、低コストで生産するには、簡便、且つ低コストな超伝導膜の評価技術が必要不可欠である。
上記のデバイスに使用する超伝導膜に要求される超伝導特性は、表面抵抗、臨界電流密度であるが、一般に、超伝導特性の優れた超伝導膜は、表面抵抗が小さく、臨界電流密度が大きく、また、臨界磁場強度が大きいといった関係にある。
【０００４】
次に、超伝導膜の超伝導特性の従来の評価方法を説明する。
超伝導膜の品質検査方法として、２００２年３月に超伝導体のマイクロ波表面抵抗試験方法の国際規格：ＩＥＣ６１７８８−７（非特許文献３参照）が制定された。この方法は誘電体共振器法と呼ばれ、図１０に示すように、誘電体円柱を２枚の超伝導膜で挟むことにより、共振器を構成し、共振特性（Ｑ値）の測定から超伝導膜による損失を求め、表面抵抗を導出するものである。この方法によれば、非破壊、かつ、簡便に表面抵抗が精度良く測れ、超伝導膜フィルター等の超伝導材料の選別に適している。
【０００５】
しかしながらこの方法は、試料のサイズを２０ｍｍ×２０ｍｍにしないと正確な表面抵抗が求まらないことから、５０ｍｍ×５０ｍｍといった大きな面積を必要とするフィルター等に使用する超伝導膜の材料選別には使用できない。また、規格外の大きさで評価しようとすると、大がかりな装置となり、また、測定値から表面抵抗を導出する計算が複雑になってしまい、製造現場等で簡便に使用することができない。
【０００６】
また従来の超伝導膜の品質評価方法には、一般用途の交流帯磁率計を利用するものがある（非特許文献４参照）。この方法は図１１に示すように、超伝導膜上に励磁コイルを配置し、励磁コイルの磁場によって超伝導膜に反磁場を発生させ、反磁場をピックアップコイルによって測定する。励磁コイルに流す電流を徐々に増加し励磁コイルの磁場を強くしていくと臨界磁場強度付近で、超伝導膜の発生する反磁場に第３高調波が現れる。第三高調波が現れるときの励磁コイルに流す電流値は、臨界磁場強度に対応するので、励磁コイル電流値によって超伝導膜の評価ができる。
【０００７】
しかしながらこの方法は、交流帯磁率計の励磁コイルに流すことができる電流値に限界があるため、最近の高温超伝導膜のように臨界磁場強度が大きい超伝導膜の評価が困難である。もちろん、大がかりな電流源及び大がかりな電磁石を使用すれば、励磁コイルの発生する磁場を強くすることができるが、このような装置は、装置のコストが高く、また、生産現場で簡便に使用することができない。
【０００８】
また従来の超伝導膜の評価方法には、レーザー加熱法と呼ばれる方法がある（非特許文献５参照）。この方法は図１２に示すように、超伝導膜をテープ状に加工し、テープに一定電流を流し、テープに照射するレーザービームによって生ずるテープ両端の電圧差から臨界電流密度を算出する方法である（非特許文献４参照）。この方法によれば、レーザービーム径を小さくしてテープ上を走査することによって、超伝導膜の臨界電流密度の分布を評価することができる。
しかしながらこの方法は、テープ状に加工したり、テープ両端に電極を接続することが必要不可欠といった破壊検査であるため、生産現場で材料選別といった用途に使用することはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、超伝導膜を用いたデバイスの実用化に伴い、超伝導膜の評価方法が重要になってきているが、上記に説明したように、従来の方法では、大きな面積の超伝導膜には適用できない、臨界磁場強度の大きな超伝導膜には適用できない、あるいは、破壊検査である、といった課題があり、生産現場で簡便に且つ低コストで使用できる超伝導膜の評価方法がなかった。
本発明は上記課題に鑑み、高感度、簡便、且つ、低コストな超伝導膜の評価方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【非特許文献１】
ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．２，Ａｐｒｉｌ．２００２
【非特許文献２】
ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．３，Ｊｕｎｅ．１９９８
【非特許文献３】
ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．３，Ｊｕｎｅ．２００２
【非特許文献４】
ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，Ｖｏｌ．１１，Ｎｏ．１，Ｆｅｂ．２００２
【非特許文献５】
Ｄ．Ａｂｒａｉｍｏｖ，Ａ．Ｇ．Ｓｉｖａｋｏｖ，Ａ．Ｖ．Ｌｕｋａｓｈｅｎｋｏ，Ｍ．Ｖ．Ｆｉｓｕｔｕｌ，Ｐ．Ｍｕｌｌｅｒ  ａｎｄ  Ａ．Ｖ．Ｕｓｔｉｎｏｖ，ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＳＵＰＥＲＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ，ＶＯＬ．１１，ＭＡＲＣＨ  ２０（２００１），ｐ３１７０−３１７３
【非特許文献６】
Ｙａｓｕｎｏｒｉ  Ｍａｗａｔａｒｉ，Ｈｉｒｏｆｕｍｉ  Ｙａｍａｓａｋｉ，ａｎｄ  Ｙｏｓｉｈｉｋｏ  Ｎａｋａｇａｗａ  ＡＰＰＬＩＥＤ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ．１３，ｐｐ２４２４〜２４２５（１９９９）
【非特許文献７】
Ｊ．Ｈ．Ｃｌｕａｓｓｅｎ，Ｍ．Ｅ．Ｒｅｅｖｅｓ．ａｎｄ  Ｒ．Ｊ．Ｓｏｕｌｅｎ，Ｊｒ．，Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ，Ｖｏｌ．６２，ｐ９９６（１９９１）
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の超伝導膜の超伝導臨界電流特性の評価方法は、超伝導膜に磁場発生源により磁場を印加し、磁場発生源の磁場により超伝導膜と磁場発生源との間に生ずる斥力が増大から減少に転ずるまで磁場強度を連続して増大させ、斥力が増大から減少に転ずる磁場強度から、上記超伝導膜の超伝導臨界電流特性を評価することを特徴とする。
本発明の超伝導膜の評価方法は、超伝導膜に磁場発生源からの磁場を印加し、超伝導膜に印加される磁場強度を変化させて、超伝導膜と磁場発生源との間に働く斥力が増大から減少に転ずる磁場強度から超伝導膜の超伝導臨界電流特性を評価する。
この方法によれば、超伝導膜に印加される磁場強度が超伝導膜の超伝導特性に依存した一定値未満であれば、磁気遮蔽効果及びマイスナー効果によって互いに斥力が働くが、超伝導膜の超伝導特性に依存した特定の磁場強度で、超伝導膜に磁束が進入し、磁束ピン止め現象が生ずる。磁束が進入すると、磁場発生源と超伝導膜との間に引力が生ずる。磁束が進入し磁束ピン止め現象が生ずる磁場強度は、超伝導膜の超伝導特性の善し悪しによって異なる。すなわち、臨界磁場強度の大きい超伝導膜の場合には、大きな磁場強度で磁束が進入し始め、臨界磁場強度の小さい超伝導膜の場合には、小さな磁場強度で磁束が進入し始める。このようにして、斥力が増大から減少に転ずる磁場強度から超伝導膜の超伝導特性を評価できる。また、第２種超伝導体においては、磁束の進入が臨界磁場強度よりも小さな磁場強度で生ずるので、磁場発生源の生成する磁場強度は小さくて良い。
【００１２】
また、超伝導膜に印加される磁場は、超伝導膜の膜端における磁場強度が超伝導膜上の磁場の最大強度以下であり、超伝導膜の膜端における磁場圧縮に基づく超伝導エッジ効果（非特許文献７参照）が生じないことを特徴とする。
この方法によれば、超伝導膜端の磁場圧縮による高い磁場により超伝導膜端から磁束が進入する効果、所謂超伝導エッジ効果が生じないので、正確に被測定超伝導膜の超伝導特性を評価できる。
また、超伝導膜の膜端における磁場強度が超伝導膜上の磁場の最大強度以下にする方法は、磁場発生源の磁極断面積の超伝導膜の面積に対する比を、超伝導膜の膜端における磁場強度が超伝導膜上の磁場の最大強度以下になるように小さくすることによって達成できる。
また、超伝導膜表面の被測定個所のみに磁場が印加されるように磁場発生源を磁気シールドしても良い。また、超伝導膜を超伝導膜表面の被測定個所を除いて磁気シールドしても良い。これらの場合には、磁束の回り込みによる磁性基板に生ずる力をほぼ完全に防止できるので、超伝導膜が磁性基板上に形成される場合の精密な評価方法として最適である。
【００１３】
また、斥力が増大から減少に転ずる磁場強度は、超伝導膜、または磁場発生源を秤上に固定し、超伝導膜または磁場発生源に働く力を秤によって測定し、この測定値の磁場強度に対する変化率の符合が変化する磁場強度から求められる。この方法によれば、簡便、低コスト、且つ、高感度に斥力が増大から減少に転ずる磁場強度を求めることができる。また、超伝導薄膜表面の磁場強度は、磁場発生源の構成から電磁気学における鏡像法等によってを容易に知ることができる。
【００１４】
また、斥力が増大から減少に転ずる磁場強度から評価する超伝導特性は超伝導臨界電流密度であり、斥力が増大から減少に転ずる磁場強度をＨa 、超伝導膜の膜厚をｄ、そして超伝導膜の超伝導臨界電流密度をＪc として、超伝導臨界電流密度Ｊc を、既知の計算式（非特許文献６参照）Ｊc ＝２Ｈa ／ｄ、から求めることを特徴とする。この方法によれば、極めて簡便に超伝導臨界電流密度を評価できる。
【００１５】
また、磁場強度を変化させる方法は、磁場発生源の発生する磁場を一定に保ち、超伝導膜と磁場発生源との距離を変化させることを特徴とする。または、超伝導膜と磁場発生源との距離を一定に保ち、磁場発生源の発生する磁場を変化させてもよい。
【００１６】
また、磁場発生源は、超伝導膜の表面に垂直に配置した永久磁石、または超伝導膜の表面に平行に配置した磁石であれば好ましい。または、超伝導膜の表面に垂直に配置した電磁石、または超伝導膜の表面に平行に配置した電磁石であっても良い。
【００１７】
また、本発明では、超伝導膜の平均的超伝導特性を評価する場合に、超伝導膜に印加される印加磁場面積が大きな磁場発生源を用い、超伝導膜の超伝導特性の分布を評価する場合に、印加磁場面積が小さい磁場発生源を用いれば好ましい。この方法によれば、印加磁場面積が大きな磁場発生源を用いれば、超伝導膜の平均の超伝導特性になり、平均の超伝導特性が重要なデバイス用に適している。また、印加磁場面積が小さい磁場発生源を用いれば、超伝導膜の超伝導特性の分布を評価できる。
【００１８】
また、本発明によれば、超伝導膜の裏面に常磁性体を配置し、本発明の前記いずれかの方法を用いて超伝導膜の超伝導特性を評価方法することができる。この方法によれば、超伝導膜に磁場が進入することによって、常磁性体膜に磁場が印加され、常磁性体にも力が働くので、斥力が増大から減少に転ずる磁場強度を正確に評価することができる。
【００１９】
また本発明の超伝導膜の超伝導特性の評価方法は、前記いずれかの方法を金属シース超伝導線材、または、テープ状超伝導線材に適用することができる。
この方法によれば、金属シース超伝導線材、または、テープ状超伝導線材の品質管理に使用できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図において実質的に同一の部材は、同一の符号を付して説明する。
図１は、本発明の超伝導膜の評価方法を説明するための模式的装置を示す図である。以下、図１を用いて本発明の方法を説明する。図において、超伝導膜１は秤２上に固定され、秤２は容器３の底面に固定されており、容器３には超伝導膜１を冷却する液体窒素等の冷媒４が入れられている。超伝導膜１の真上に、磁場発生源である磁石５が上下方向に移動可能に配置されている。磁石５は、アーム６を介してスケール７に摺動可能に接続されており、超伝導膜１と磁石５との間の距離をスケール７で測定する。秤２は、超伝導膜１と磁石５との間に働く垂直方向の力を測定する。２ａは秤２の目盛りを模式的に示している。
【００２１】
磁石５は、種々の構成が可能である。図２は、磁石５の種々の構成を示す図であり、図２（ａ）は細長い永久磁石を使用する例を示す。図２（ｂ）は支持棒８の先端に永久磁石５をつけた例を示しており、また、図２（ｃ）は支持棒８の先端に支持棒８の軸方向に直交するように永久磁石をつけた例を示す。この磁石５は電磁石であってもよい。
【００２２】
以下、図１を用いて本発明の超伝導膜の評価方法を説明する。
初めに、超伝導膜１を秤２に固定し、容器３に冷媒４を入れ、超伝導膜１を冷却して超伝導状態にする。次に、磁石５を徐々に下降させると共に秤２で超伝導膜１と磁石５に働く力を検出し、斥力から引力に変わる超伝導膜１と磁石５との間の距離Ｚを測定する。
【００２３】
図３は、超伝導膜と磁石との間に働く力と、超伝導膜と磁石との間の距離との関係を示す図である。縦軸は秤が表示する力Ｆを表し、正領域が斥力、負領域が引力を示す。横軸は距離Ｚである。図の実線、点線及び一点鎖線は、それぞれ、超伝導特性の異なる超伝導膜ａ１，ａ２、ａ３の特性であり、超伝導特性は、ａ１＞ａ２＞ａ３の順番で低くなっている。図の矢印で示したように、距離Ｚを減少させる方向に対して、力Ｆが増大から減少に転ずる距離を、斥力から引力に変わる距離Ｚａと定義する。図に示すように、斥力から引力に変わる距離は、Ｚａ１＜Ｚａ２＜Ｚａ３となり、超伝導特性が高いほど、斥力から引力に変わる距離Ｚａが短くなる。この斥力から引力に変わる距離Ｚａにより、超伝導特性の良否を判定する。
【００２４】
図４は斥力から引力に変わる距離Ｚａと超伝導臨界電流密度Ｊｃとの相関を示す図である。図に示すように、距離Ｚａが小さいほど臨界電流密度Ｊｃは大きくなる。
【００２５】
次に、本発明の方法の原理を説明する。
図５は、第２種超伝導体の反磁化特性を示す図である。縦軸は第２種超伝導体の反磁化の大きさを示し、横軸は印加する磁場強度を示す。
Ｈc1は下部臨界磁場と呼ばれており、Ｈc2は上部臨界磁場と呼ばれている。第２種超伝導体においては、磁場強度Ｈc1から磁束が進入し始め、徐々に進入する磁束が増え、Ｈc2において超伝導状態が消失する。磁場強度Ｈc1とＨc2の間においては超伝導状態と常伝導状態が共存する。磁束ピン止め中心が導入された第２種超伝導体は、臨界磁場強度Ｈc2が極めて大きな超伝導体である。
【００２６】
図６は、本発明の評価方法の原理を示す図である。図６（ａ）は斥力が生じている場合を示し、図６（ｂ）は引力が生じている場合を示す。
図６（ａ）に示すように、磁石５と超伝導膜１との距離Ｚが大きく、超伝導膜１に印加される磁場強度が下部臨界磁場Ｈc1未満の場合には、磁気遮蔽効果及びマイスナー効果によって磁束Ｂが超伝導膜１に進入しないので、磁場エネルギーを下げるべく、超伝導膜１と磁石５との間に斥力が働く。
図６（ｂ）に示すように、磁石５と超伝導膜１との距離Ｚが小さく、超伝導膜１に印加される磁場強度が下部臨界磁場Ｈc1に達したときに磁束が超伝導膜１中に進入し、磁束ピン止め中心に固定される。このように、磁束Ｂが超伝導膜１中に進入できるようになると、磁場エネルギーを下げるべく、超伝導膜１と磁石５との間に引力が働く。
【００２７】
一般に第２種超伝導体においては、超伝導特性の優れた超伝導膜は、表面抵抗が小さく、臨界電流密度が大きく、且つ、臨界磁場強度Ｈc1及びＨc2が大きいという関係がある。従って、本発明の方法によって測定する距離は、直接的には下部臨界磁場強度Ｈc1に対応するが、表面抵抗、臨界電流密度、及び臨界磁場強度Ｈc2にも対応しており、本発明の方法によれば超伝導特性の良否を判定することができる。
【００２８】
また、本発明の磁場印加方法は、超伝導膜の膜端における、所謂超伝導エッジ効果（非特許文献７参照）が生じない。
図７は、本発明に使用する磁場印加方法を示す図である。
図７（ａ）は、超伝導膜の面積Ｓ1 に対して磁石の磁極断面積Ｓ2 を十分小さくして、超伝導膜の膜端１０における磁場圧縮に基づく磁場強度が超伝導膜上の磁場の最大強度以下にする例を示している。
図７（ｂ）は、磁石５に磁気シールド９を施し、超伝導膜の膜端１０における磁場強度が無視できるようにする例を示している。
図７（ｃ）は、超伝導膜及び基板１１自体を磁気シールド材料で覆って磁気シールド９を施し、超伝導膜の膜端１０における磁場強度が無視できるようにする例を示している。
【００２９】
上記に説明したように、超伝導膜に磁束が進入しない場合には、磁気遮蔽効果及びマイスナー効果によって超伝導膜は完全反磁性であり、超伝導膜下には磁場が存在しない。従って、この場合の超伝導膜表面の磁石直下の磁場は、電磁気学における鏡像法を用いて容易に求めることができる。一方、超伝導膜端における磁場は、所謂磁場圧縮効果によって強度が強くなるが、この強度は、被測定磁性膜の形状によって種々変化し、その強度を求めるのは容易ではない。
上記の図７に示した方法によれば、磁石直下の磁場強度よりも超伝導膜端の磁場強度が小さく、または、超伝導膜端の磁場が無視できるので、磁場強度が正確にわかる磁石直下で最初に磁束の進入が生じ、正確に超伝導膜に磁束が進入する磁場強度（外部臨界磁場）Ｈa を求めることができる。
【００３０】
次に、このようにして求めた外部臨界磁場Ｈa から、超伝導臨界電流密度Ｊc を求める方法を説明する。
外部磁界をうち消すように、超伝導膜中には超伝導電流が流れている。磁束が進入する直前の超伝導電流は、超伝導臨界電流密度Ｊc に超伝導膜の膜厚ｄの半分をかけた値となり、この超伝導電流の形成する磁場と外部臨界磁場Ｈa が釣り合うことから超伝導臨界電流密度Ｊc は次式で表される（非特許文献６参照）。
Ｊc ＝２Ｈa ／ｄ
このようにして、超伝導臨界電流密度を求めることができる。
【００３１】
また、図５に示したように、本発明の方法は上部臨界磁場強度Ｈc2よりも遙かに磁場強度が小さい下部臨界磁場Ｈc1程度の磁場強度で評価できるので、必要とされる磁石の磁場強度が小さくてよく、上部臨界磁場強度Ｈc2が大きい超伝導膜の評価にも対応することができる。
また、磁石の磁極断面積を小さくすれば、微少部分の超伝導特性を評価でき、超伝導膜上を走査して測定することにより、超伝導特性の分布を測定することができる。用途に応じて、磁極断面積の異なる磁石を使用すれば、簡便に、且つ、低コストで様々な用途に使用できる。
また、表面抵抗を評価する場合には、表面抵抗が超伝導特性のみならず、薄膜表面のトポロジーによっても影響を受けるので、本発明の方法による評価に加えて、薄膜表面の顕微鏡観察をおこない、粒状突起物、あるいは針状突起物の有無を確認するようにすれば、きわめて良好な材料選別ができる。
上記説明では、超伝導膜の評価について説明したが、本発明の方法は力学的力に基づいた評価方法であるから、秤上に固定できる形状の超伝導体であれば何でも測定できる。例えば、金属シース超伝導線材、または、テープ状超伝導線材に用いれば、極めて低コストに、且つ簡便に品質検査ができる。
【００３２】
次に、超伝導膜を積層する基板が磁性体である場合の、本発明の超伝導特性の評価方法を説明する。
超伝導膜を積層する基板１１が磁性体である場合には、図１で示した方法で測定すると、磁石５から超伝導膜を回り込んだ磁場が基板に力を及ぼすので正確な評価が難しくなる。このような場合の本発明の方法を説明する。
基板１１が磁性体である場合には、図７（ｂ）に示した磁気シールド９した磁石５を用いて、図１と同様に測定することによって、または、図７（ｃ）に示した、超伝導膜１及び基板１１を被測定個所を残して磁気シールド９して図１と同様に測定すれば、基板１１の磁性体に回り込む磁束が無視でき、正確な評価ができる。
【００３３】
図８は、基板が磁性体である場合の本発明の超伝導膜の超伝導特性の評価方法による、超伝導膜と磁石との間に働く力と、超伝導膜と磁石との間の距離との関係を示す図である。図３と同様に、実線、点線及び一点鎖線は、それぞれ、超伝導特性の異なる超伝導膜ａ１，ａ２、ａ３の特性であり、超伝導特性は、ａ１＞ａ２＞ａ３の順番で低くなっており、それに対応して斥力から引力に変わる距離は、Ｚａ１＜Ｚａ２＜Ｚａ３となる。図３と異なるのは、斥力から引力に変わった後に急峻な勾配で引力が増大することであるが、これは、磁束が超伝導膜を貫通し、磁性体基板を引きつけるためである。
また、上記の効果を利用して、超伝導膜に働く力の向きの変化が判別しにくい超伝導膜の裏面に常磁性体を配置することにより、超伝導膜に磁場が進入した時点で、常磁性体に磁場が印加され、常磁性体にも力が働くので、超伝導膜に働く力の向きの変化が明確に判別できるようになり、磁場強度を正確に評価できるようになる。
【００３４】
上記説明では、斥力から引力に変化する場合を例にとって説明したが、引力から斥力に変化する場合は、斥力から引力に変化する場合と等価であるから説明を省略した。また、磁場発生源が磁石の場合を例にとり、超伝導膜表面の外部磁場強度の変化を磁石と超伝導膜の相対距離の変化でおこなう場合を説明したが、磁石が電磁石であり、電磁石を固定し、電磁石のコイルに流す電流を制御して外部磁場強度を変化させても同等の効果が得られることは明らかである。
【００３５】
次に、実施例を示す。
超伝導薄膜（Ｔｌ−１２２３）の厚さが５００ｎｍ、基板面積が２０ｍｍ×２０ｍｍ、超伝導薄膜と基板の重さが合わせて６００ｍｇの試料を評価に用いた。磁石は、磁極断面積が８ｍｍ×８ｍｍの永久磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）を多段に積み重ねて作製した。この磁石表面の磁場強度は０．５Ｔ（テスラ）である。液体窒素温度に冷却した試料に、この磁石を近づけて、この磁石に吸い付くか否かで材料選別をおこなった。
図９は磁石に試料の超伝導薄膜が吸い付けられた状態を示す写真である。図に示すように、磁石に引き寄せられつり上げることができる試料と、つり上げることができない試料が存在した。
他の手段で臨界電流密度を測定したところ、磁石に引き寄せられつり上げることができる試料の臨界電流密度は、１０6 Ａ／ｃｍ2 以上であったが、つり上げることができなかった試料の臨界電流密度は、１０5 Ａ／ｃｍ2 であった。また７７Ｋ、３８ＧＨｚにおける表面抵抗は、つり上げることができる試料が５ｍΩ以下であったのに対し、つり上げることができなかった試料は、５０ｍΩ程度であった。なお、表面トポロジーは同程度であった。
この実施例は、秤を使用して斥力から引力に変化する磁場を検出したものではないが、超伝導膜と磁石との間に働く力が大きいものほど超伝導臨界電流密度が高いことを示した点で、本発明の原理を実証するものである。
【００３６】
【発明の効果】
上記説明から理解されるように、本発明の方法は、超伝導膜に磁束が進入することによる、磁石と超伝導膜の相互作用力の方向の変化を検出して超伝導特性の評価を行うので、磁石の磁場強度が小さくてよく、また、極めて高感度である。また、力学的力を利用しているので、簡便、且つ、低コストである。従って、本発明の評価方法を超伝導薄膜フィルターや、超伝導電線の品質管理などに用いれば、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超伝導膜の評価方法を説明するための模式的装置を示す図である。
【図２】本発明の超伝導膜の評価方法に用いる磁石の種々の構成を示す図である。
【図３】超伝導膜と磁石との間に働く力と、超伝導膜と磁石との間の距離との関係を示す図である。
【図４】斥力から引力に変わる距離と臨界電流密度との相関を示す図である。
【図５】第２種超伝導体の反磁化特性を示す図である。
【図６】本発明の原理を示す図である。
【図７】本発明に使用する磁場印加方法を示す図である。
【図８】基板が磁性体である場合の超伝導膜と磁石との間に働く力と、超伝導膜と磁石との間の距離との関係を示す図である。
【図９】磁石に試料の超伝導薄膜が吸い付けられた状態を示す写真である。
【図１０】従来の超伝導膜の表面抵抗を評価する誘電体共振器法を説明する図である。
【図１１】従来の超伝導膜の臨界磁場強度を評価する交流帯磁率計を利用する方法を説明する図である。
【図１２】従来の超伝導膜の臨界電流密度を評価するレーザー加熱法の説明図である。
【符号の説明】
１    超伝導膜
２    秤
２ａ  指示針
３    容器
４    冷媒
５    磁石
６    アーム
７    スケール
８    支持棒
９    磁気シールド
１０  超伝導膜端
１１  基板
【図１】
0003704549.tif 000002
【図２】
0003704549.tif 000003
【図３】
0003704549.tif 000004
【図４】
0003704549.tif 000005
【図５】
0003704549.tif 000006
【図６】
0003704549.tif 000007
【図７】
0003704549.tif 000008
【図８】
0003704549.tif 000009
【図９】
0003704549.tif 000010
【図１０】
0003704549.tif 000011
【図１１】
0003704549.tif 000012
【図１２】
0003704549.tif 000013