(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強弾性相転移によって双晶が発生するランタン系酸化物超伝導体結晶をその物質と熱膨張係数の異なる金属，セラミックス，ガラスなどの平板基板に接着剤で固定させた後、強弾性相転移温度以下に冷却することによって酸化物超伝導体結晶と基板との熱収縮差に応じた歪み応力を酸化物超伝導体結晶に印加させることを特徴とする酸化物超伝導体結晶の双晶除去法。
【請求項２】
ランタン系酸化物超伝導体結晶は、酸素中アニール処理を施したものであることを特徴とする請求項１記載の酸化物超伝導体結晶の双晶除去法。
【請求項３】
ランタン系酸化物超伝導体結晶が、厚さ１ｍｍ以下のバルク結晶、薄膜結晶、またはウイスカー結晶であることを特徴とする請求項１または２記載の酸化物超伝導体結晶の双晶除去法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランタン系酸化物超伝導体結晶において超伝導状態になる温度で存在する双晶の除去法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般的な強弾性結晶の双晶除去法としては、図２に示すように、斜方晶系−正方晶系（Ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ−Ｔｅｔｒａｇｏｎａｌ；Ｏ−Ｔ）強弾性相転移温度（Ｔｄ  ）以上で万能試験機などを用いて、一軸方向に応力を印加した後、応力印加の状態で徐冷する一軸応力印加冷却法が知られており、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７などの酸化物超伝導体結晶において双晶除去が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ランタン系酸化物超伝導体は、単位格子のｃ軸方向にＣｕＯ２  超伝導層と（Ｌａ，Ｍ）２Ｏ２絶縁層とが交互に積層した層状構造をとっている。そのため、その単結晶には、層間ジョセフソン効果やジョセフソンプラズマ励起現象が観測されている。
【０００４】
こうした性質を利用したＴＨｚ帯で動作可能な高速スイッチ素子が期待されている。この電子デバイスの実現には、磁束の高速移動が重要となるため、磁束の移動を阻害するピニングセンターのない単結晶が不可欠である。
【０００５】
しかし、ランタン系酸化物高温超伝導体の場合、Ｏ−Ｔ強弾性相転移が起こることから、超伝導状態になる温度では一般的に双晶が存在することになる。双晶はピニングセンターとして振る舞うことが良く知られている。双晶の除去法としては、上記の一軸応力印加冷却法が知られているが、同方法は、応力印加装置が必要なために双晶除去装置が大型になるので、コストがかかるとともに小型化できないという問題かあった。また、印加応力が大きすぎると結晶が破壊するので、印加応力の精密な制御が必要であった。さらに、Ｔｄ  が室温以下の試料では室温で正方晶であるために上記の方法は使えない。
【０００６】
本発明は、ランタン系酸化物高温超伝導体についての上記のような課題を解決できる双晶除去法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、強弾性相転移によって双晶が発生するランタン系酸化物高温超伝導体結晶をその物質と熱膨張係数の異なる金属、セラミックス、ガラスなどの平板基板に接着剤で固定させたのち、強弾性相転移温度以下に冷却することによって酸化物超伝導体結晶と基板との熱収縮差に応じた歪み応力を酸化物超伝導体結晶に印加させることを特徴とする酸化物超伝導体結晶の双晶除去法である。
【０００８】
また、本発明は、ランタン系酸化物超伝導体結晶は、酸素中アニール処理を施したものであることを特徴とする上記の酸化物超伝導体結晶の双晶除去法である。
【０００９】
また、本発明は、ランタン系酸化物超伝導体結晶が、厚さ１ｍｍ以下のバルク結晶、薄膜結晶、またはウイスカー結晶であることを特徴とする上記のランタン系酸化物超伝導体結晶の双晶除去法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の双晶除去法の対象のランタン系酸化物超伝導体結晶としては、Ｌａ２−ｘＳｒｘＣｕＯ４（ＬＳＣＯ）やＬＳＣＯと同じ系列のＬａ２−ｘＣａｘＣｕＯ４  やＬａ２−ｘＢａｘＣｕＯ４  が該当する。以下、ＬＳＣＯの場合について説明する。ＬＳＣＯのＴｄはＳｒ組成によって幅広く変化する。Ｔｄ  が−１００℃と室温以下にあるＳｒ組成（ｘ＝０．１３２）の結晶については、万能試験機を用いた双晶除去操作を実施することが困難である。
【００１１】
本発明は、図１に示すように、ＬＳＣＯ結晶をその物質と熱膨張係数の異なる金属（例えば、アルミニウム）、セラミックス（例えば、アルミナ）、またはガラス（例えば、石英ガラス）、などの平板基板にエポキシ接着剤等で固定し、強弾性相転移温度以下に冷却することでＬＳＣＯ結晶と基板との熱膨張率差に応じた歪み応力をＬＳＣＯ結晶に印加させる方法によって双晶の除去を行うものである。平板基板の材料の種類や冷却温度を変えることによってＬＳＣＯ結晶に印加させる歪み応力を調節できる。
【００１２】
本発明の方法においては、酸化物超伝導体結晶と基板の接着界面に生じた応力が接着界面から離れるに従って減衰することになるので、酸化物超伝導体結晶の厚さが約１ｍｍを超えると結晶表面では応力が緩和されてしまう。したがって、バルク結晶、薄膜結晶、またはウイスカー結晶のいずれの形態の場合も、その厚さは約１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００１３】
平板基板の厚さに比べて酸化物超伝導体結晶の方が厚い場合は、基板にかかる応力が大きくなり、例えば、アルミニウムに比べて脆い石英ガラス板に接着した場合、石英ガラス−結晶界面に加わる応力のため石英ガラスが破損するおそれがあるので、このような場合は、結晶の厚さを薄くするか、石英ガラスの厚さを大きくすればよい。
【００１４】
酸化物超伝導体結晶を平板基板に接着剤で固定させた後に、強弾性相転移温度以下に冷却する方法としては、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒に漬ける方法と、リニアカーなどの冷却に一般に用いられる密閉型ＧＭ（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）サイクル冷凍機を用いる方法がある。
【００１５】
結晶を高温で育成して冷却する過程で発生した熱歪みや結晶を切断・研磨加工を施した際に結晶表面に残っている応力歪みなどの結晶に残っている歪みを除去する方法として結晶を高温でアニールする方法が知られている。さらに、超伝導体の場合は、その超伝導体特性が超伝導体中の酸素濃度に大きく依存することが知られている。そこで、本発明においては、酸化物超伝導体結晶中に残存している歪みを除去し、かつ結晶中の酸素濃度分布を均一にするために温度９００℃程度で酸素中アニール処理を施すことが好ましい。
【００１６】
【実施例】
実施例１
試料にはＴＳＦＺ（移動溶媒浮遊溶融帯域）法により育成したＬａ２−ｘＳｒｘＣｕＯ４  （ＬＳＣＯ）結晶を用いた。ＴＳＦＺ法で得られたＴｄが室温以下のＬＳＣＯ結晶（ｘ＝０．１３２）は直径５ｍｍ，長さ５０ｍｍ程度の異相やサブグレインのない結晶であった。このＬＳＣＯ結晶について、平板面の結晶方位が正方晶系（１１０）ｔｅｔｒａである厚さ１ｍｍ以下の平板状に加工し、図１に示すようにアルミニウム基板にエポキシ接着剤で固定した。これを液体ヘリウム容器内に入れて液体ヘリウムの液面に徐々に近づけることによって室温から徐冷させて超伝導転移温度以下まで冷却した。
【００１７】
冷却の際にＬＳＣＯ結晶に発生する歪み応力を熱膨張率と弾性率を用いて計算し、図３に示す。アルミニウム基板に接着した場合には＜１１０＞方向に６７５ＭＰａの圧縮応力が加わることが推測される。また、石英ガラス板に接着した場合には＜１１０＞方向に９８０ＭＰａの引っ張り応力が加わることが推測される。
【００１８】
双晶除去処理前後の超伝導体結晶の磁化をＳＱＩＤ直流磁化率測定を用いて結晶軸のｃ軸に平行に１エルステッドの磁場を印加した条件で測定し、マイスナー分率の変化を比較することで双晶除去法の有効性を評価した。図４には、アルミニウム基板上にＬＳＣＯ結晶を固定させた場合のマイスナー分率の変化をＬＳＣＯ結晶のみの場合と比較して示す。双晶除去操作前の磁場冷却に比較して操作後の磁場冷却により強い反磁性が観測された。
【００１９】
図４において、「磁場冷却時」は、磁場を印加した状態で低温まで冷却した磁化率曲線（マイスナー曲線）を表し、「ゼロ磁場冷却時」は、磁場を印加しない状態で一旦２０Ｋ以下の低温まで冷却した後、磁場を印加しながら加熱した磁化率曲線（シールディング曲線）を表している。そして、２０Ｋにおけるシールディング分率を１００％としてマイスナー分率を決定した。
【００２０】
ＬＳＣＯ結晶をアルミニウム板に接着させ磁場冷却した場合、マイスナー分率はおよそ３０％増大した。この結果は、ＬＳＣＯ結晶をアルミニウム基板に接着し、冷却することによってＬＳＣＯ結晶に応力が印加され、ＬＳＣＯ結晶中の双晶が減少したことを示している。
【００２１】
実施例２
実施例１と同様なＬＳＣＯ結晶を酸素分圧６００Ｔｏｒｒ、温度９００℃で１０日間の条件で加熱処理を施して酸素中アニール処理を施した。このＬＳＣＯ結晶をアルミニウム基板に接着させて実施例１と同様に冷却した。図５に、マイスナー分率の変化を示す。酸素中アニール処理を施すことによりマイスナー分率はおよそ９０％まで増大した。結晶接着法と酸素中アニール処理を併用することにより、相乗効果でマイスナー分率を大幅に増大させるとともにＬＳＣＯ結晶中のピニングセンターを減少させることができた。
【００２２】
比較例１
Ｔｄ  が室温以上であるＳｒ組成（ｘ＝０．０７３）の結晶（Ｔｄ  〜８０℃）について、およそＬ１１０×Ｌ１１０×Ｌ００１＝２×２×５ｍｍ３の直方体状に加工し、正方晶系となっている２００℃において万能試験機用いて、１００ＭＰａの機械的応力を印加した状態で室温に冷却することで双晶を除去した。図６に、応力印加処理前後のＬＳＣＯ結晶のマイスナー分率の変化を示す。１００ＭＰａまでの応力印加では、マイスナー分率の変化は観測されず、万能試験機を用いた双晶除去操作前後で、磁化に余り変化がみられない。１００ＭＰａ以上の応力を印加すると結晶が破壊された。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、超伝導体結晶を接着する平板基板材料の種類や冷却温度を変えることによって簡便に低コストで歪み応力を調節でき、しかも、小型化が可能であるので、超伝導電子デバイスの製造に適用することで性能向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の強弾性結晶の双晶除去法を示す概念図である。
【図２】図２は、一般的な強弾性結晶の双晶除去法を示す概念図である。
【図３】図３は、本発明の双晶除去法において、平板基板と酸化物超伝導体結晶に印加される応力の関係を原示す模式図である。
【図４】図４は、実施例１のマイスナー分率の変化を示す。
【図５】図５は、実施例２のマイスナー分率の変化を示す。
【図６】図６は、比較例１のマイスナー分率の変化を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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