(57)【要約】【課題】常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体粒子サイズ、及び、粒子間隔を制御することにより、高臨界電流、及び、高臨界磁界を有する高性能超電導体、又は、超電導線材を作製すること。【解決手段】量子化された磁力線を、強固にピン止めする、常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体超微細粒子を、メタル・オーがニック・ケミカル・ヴェイパー・デポジション法（ＭＯＣＶＤ法）、モレキュラー・ビーム・エピタキシ−法（ＭＢＥ法）、スパッター法、溶融金属蒸着法、又は、レーザー・ビーム・アブレイション法（ＬＡ法）等を用いて、使用する最大の外部磁場の強さに対応する間隔で、超電導体界面、及び、超電導体内に作成する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導体と安定化材の界面、及び、超電導体中に、使用温度で常電導体である、第２相粒子の直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦５ｎｍ、第２相粒子の厚さｔが、０．５ｎｍ≦ｔ≦５ｎｍ、超電導層面内第２相粒子間隔ａが、５ｎｍ≦ａ≦１０ｎｍ、超電導層厚さ方向第２相粒子間隔ｂが、５ｎｍ≦ｂ≦１０ｎｍの範囲にはいる条件で、分散させた超電導体、及び、超電導体線材。
【請求項２】
超伝導体と安定化材の界面、及び、各超電導体層間に、磁力線のピン止め力の大きい、使用温度で常磁性体、又は、超微粒子にすると、超常磁性特性が出現する、強磁性体第２相粒子を配置し、前記第２相粒子の直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦５ｎｍ、第２相粒子の厚さｔが、０．５ｎｍ≦ｔ≦５ｎｍ、並びに、第２相粒子間隔ａが、５ｎｍ≦ａ≦１０ｎｍ、超電導層厚さ方向間隔ｂが、５ｎｍ≦ｂ≦１０ｎｍの範囲にはいる条件の、超電導体、及び、超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ピン止め用常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体第２相を、適切なサイズ、及び、間隔で配置させることにより、高い磁場まで、安定に超電導特性を維持する、超電導体、及び、超電導線材に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超電導線材は、製造過程で自然に導入される、点欠陥、線欠陥、結晶粒界、及び、或いは、第２相常電導粒子を、超電導体中に自然形成させることにより、磁力線をピン止めして、高臨界磁場特性を有させていた。これまで、ＭＯＣＶＤ法で作製したＹＢＣＯの超電導特性の優れていることが、Ｊ．Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　６９（１１），　（１９９１），　７９４８、及び、粉体および粉末冶金、第４１巻第４号、（１９９４）、３７０頁、等に報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】必要とする磁力線密度に対応した、間隔及びサイズで、常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体第２相粒子を分散させることにより、磁力線のピン止めを行い、超電導線材の超電導特性、特に、臨界電流特性及び臨界磁場特性を高めること。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
［原理］図１に示すように、量子化された磁力線が、三角形配置により、超電導体中を、貫く場合を考える。このとき、磁力線間隔ａは、外部磁場Ｂの変化とともに、［数１］に示すように、変化する。
【０００５】
【数１】
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ここで、Ｂは、テスラ（Ｔ）で表した外部磁場、並びに、ψは、磁束量子、及び、ψ＝ｈ／２ｅ＝２．０６７８５３８×１０−１５Ｗｂである。［数１］に従って計算した結果を［表１］に示す。
【０００６】
【表１】
2004031550.tif 000004
【０００７】
各磁場の強さの中で、最大のピン止め力を得るのは、ピン止め粒子の間隔ａが、［表１］に示した値のときである。ピン止め粒子の間隔が、［表１］よりも大きいときは、ピン止め力が弱くなる。ピン止め粒子の間隔が、［表１］よりも小さいときは、磁力線のピン止め間隔は、不規則になるが、最大のピン止め力を、ほぼ保持する。ピン止め常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体粒子の、超電導層面内における直径ｄ、及び、厚さｔは、磁力線のピン止めに有効な寸法範囲内で、小さい方が、超電導材の断面積を大きくするため、望ましい。
【０００８】
［手段］　最大外部磁場に対応する、量子化された磁力線の密度から計算される間隔で、使用温度で常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体であるピン止め粒子を、安定化材と超伝導体界面、及び、超電導体層内に形成する。これにより、各外部磁場の強さに対して、ほぼ一定の臨界電流特性が得られる。
【０００９】
常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体からなるピン止め粒子の、超電導薄膜の厚さ方向の間隔ｂも、有効なピン止め力を得るために重要である。この厚さ方向の間隔ｂが、超電導薄膜面内の粒子間隔ａとほぼ等しいとき、即ち、ｂ≒ａのときに、最大のピン止め力が得られる。この状態を、［図２］に示す。
【００１０】
【発明の実施の形態】（１）安定化材である金属又は合金多結晶体リボンの上に、高温超電導体を、メタル・オーがニック・ケミカル・ヴェイパー・デポジション法（英語表記では、Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ、以後、ＭＯＣＶＤ法と略記する）、モレキュラー・ビーム・エピタキシ−法（英語表記では、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ　Ｍｅｔｈｏｄ、以後、ＭＢＥ法と略記する）、スパッタ−法、溶融金属蒸着法、レーザー・ビーム・アブレイション法（英語では、Ｌａｓｅｒ　Ｂｅａｍ　Ａｂｒａｓｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ、以後、略ＬＡ法と略記する）、或いは、その他の方法により、５〜１２ｎｍの厚さで、作成する。（２）常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体からなる、第２相粒子を、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッタ−法、溶融金属蒸着法、ＬＡ法、或いは、その他の方法、並びに、基板温度調整、及び、或いは、熱処理により、超微細な常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体第２相粒子を、サイズ、及び、間隔を、請求項１、又は、請求項２の範囲に制御して、安定化材と超伝導体界面、及び、超電導体中に分散配置させる。（３）その上に、超電導体を、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッタ−法、溶融金属蒸着法、ＬＡ法、或いは、その他の方法により、５〜１２ｎｍの厚さで、作成する。（４）前記の（２）と（３）の工程を、必要な回数繰り返し、所要厚さの、常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体微細粒子を含む、超電導体、又は、超電導線材を作製する。（５）最後に、安定化材である金属又は合金多結晶皮膜を、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッタ−法、溶融金属蒸着法、ＬＡ法、或いは、その他の方法により、形成する。前記（２）に記載した、基板温度調整、及び、或いは、熱処理の工程は、（５）の工程の後に、１回で行い、最終的に、常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体第２相粒子を、請求項１、又は、請求項２に記載した、サイズ、及び、間隔で分散させて、超伝導体、又は、超電導線材を作製してもよい。
【００１１】
【実施例】
［実施例１］　（１）厚さ３ｍｍのＡｇ多結晶薄板を安定化材として使用した。（２）機械的方法により、Ａｇ多結晶薄板の上面を平坦にした。（３）ＣＶＤ法により、ＣｅＯ２バッファー層薄膜を、前記Ａｇ多結晶薄板上に、約１ｎｍの厚さで作成した。（４）ＬＡ法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１ｎｍのＣｕＯ粒子を、間隔ａが、７ｎｍ≦ａ≦１０ｎｍの範囲になるように、ＣｅＯ２バッファー層薄膜上に作成した。（５）この上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＹＢＣＯ　（ＹＢａ２Ｃｕ４Ｏ８）薄膜を厚さｆが、８ｎｍ≦ｆ≦１１ｎｍの範囲で作成した。（６）ＬＡ法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１ｎｍのＣｕＯ粒子を、間隔ａが、７ｎｍ≦ａ≦１０ｎｍの範囲になるように、ＹＢＣＯ薄膜上に作成した。（７）前記の（５）及び（６）の工程を１５０回繰り返し、希望する、厚さ約１５００ｎｍの超電導層を作成した。（８）スパッタ−法を用いて、この上を、１ｍｍ厚さのＡｇ安定化材で覆い、酸化物超電導体線材を得た。超電導線材の特性である臨界電流密度Ｊｃは、７０Ｋの試験温度、３０テスラの外部磁場の条件下で、３４ｋＡ／ｍｍ２の特性を得た。
【００１２】
［実施例２］　（１）厚さ３ｍｍのＡｇ多結晶薄板を安定化材として使用した。（２）機械的方法により、Ａｇ多結晶薄板の上面を平坦にした。（３）ＣＶＤ法により、ＣｅＯ２バッファー層薄膜を、前記Ａｇ多結晶薄板上に、約１ｎｍの厚さで作成した。（４）溶融金属蒸着法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１ｎｍの７９．６ｗｔ％Ｎｉ１２ｗｔ％Ｆｅ８．４ｗｔ％Ｎｂ粒子を、間隔ａが、５ｎｍ≦ａ≦７ｎｍの範囲になるように、ＣｅＯ２バッファー層薄膜上に作成した。（５）ＭＯＣＶＤ法により、ＹＢＣＯ　（ＹＢａ２Ｃｕ４Ｏ８）薄膜を厚さｆが、８ｎｍ≦ｆ≦１１ｎｍの範囲で作成した。（６）溶融金属蒸着法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１ｎｍの７９．６ｗｔ％Ｎｉ１２ｗｔ％Ｆｅ８．４ｗｔ％Ｎｂ粒子を、間隔ａが、５ｎｍ≦ａ≦７ｎｍの範囲になるように、ＹＢＣＯ薄膜上に作成した。（７）前記の（５）及び（６）の工程を２５０回繰り返し、希望する、厚さ約２５００ｎｍの超電導層を作成した。（８）その上に、スパッタ−法を用いて、１ｍｍ厚さのＡｇ安定化材で覆い、高温酸化物超電導体線材を得た。超電導線材の特性である臨界電流密度Ｊｃは、７０Ｋの試験温度、３０テスラの外部磁場の条件下で、４８ｋＡ／ｍｍ２の特性を得た。
【００１３】
［実施例３］　（１）厚さ５ｍｍのＡｇ多結晶薄板を安定化材として使用した。（２）機械的方法により、Ａｇ多結晶薄板の上面を平坦にした。（３）溶融金属蒸着法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１ｎｍの７８．５ｗｔ％Ｎｉ２１．５ｗｔ％Ｆｅ粒子を、間隔ａが、７ｎｍ≦ａ≦１０ｎｍの範囲になるように、Ａｇ多結晶薄板上に作成した。（４）ＭＯＣＶＤ法により、ＢＳＣＣＯ　（Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０）薄膜を厚さｆが、８ｎｍ≦ｆ≦１１ｎｍの範囲で作成した。（５）溶融金属蒸着法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１ｎｍの７８．５ｗｔ％Ｎｉ２１．５ｗｔ％Ｆｅ粒子を、間隔ａが、７ｎｍ≦ａ≦１０ｎｍの範囲になるように、ＢＳＣＣＯ薄膜上に作成した。（６）前記の（４）及び（５）の工程を３００回繰り返し、希望する、厚さ約３０００ｎｍの超電導層を作成した。（７）その上に、スパッタ−法を用いて、厚さ１ｍｍのＡｇ安定化材で覆い、酸化物超電導体線材を得た。超電導線材の特性である臨界電流密度Ｊｃは、５０Ｋの試験温度、２５テスラの外部磁場の条件下で、４１ｋＡ／ｍｍ２に向上した。
【００１４】
［実施例４］　（１）厚さ１０ｍｍのＡｇ多結晶薄板を安定化材として使用した。（２）機械的方法により、Ａｇ多結晶薄板の上面を平坦にした。（３）ＣＶＤ法により、ＣｅＯ２バッファー層薄膜を、前記Ａｇ多結晶薄板上に、約１ｎｍの厚さで作成した。（４）溶融金属蒸着法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１．５ｎｍの９．６２ｗｔ％Ｓｉ５．３８ｗｔ％Ａｌ８５ｗｔ％Ｆｅ粒子を、間隔ａが、７ｎｍ≦ａ≦１０ｎｍの範囲になるように、ＣｅＯ２バッファー層薄膜上に作成した。（５）ＭＯＣＶＤ法により、ＴＢＣＣＯ　（ＴｌＢａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ９）薄膜を厚さｆが、９ｎｍ≦ｆ≦１１ｎｍの範囲で作成した。（６）溶融金属蒸着法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１．５ｎｍの９．６２ｗｔ％Ｓｉ５．３８ｗｔ％Ａｌ８５ｗｔ％Ｆｅ粒子を、間隔ａが、７ｎｍ≦ａ≦１０ｎｍの範囲になるように、ＴＢＣＣＯ薄膜上に作成した。（７）前記の（５）及び（６）の工程を３００回繰り返し、希望する、厚さ約３０００ｎｍの超電導層を作成した。（８）この上を、スパッタ−法を用いて、１ｍｍ厚さのＡｇ安定化材で覆い、ＴＢＣＣＯ酸化物超電導体線材を得た。超電導線材の特性である臨界電流密度Ｊｃは、８０Ｋの試験温度、３０テスラの外部磁場の条件下で、３６ｋＡ／ｍｍ２の特性を得た。
【００１５】
［実施例５］　（１）厚さ１０ｍｍのＣｕ多結晶薄板を安定化材として使用した。（２）機械的方法により、Ｃｕ多結晶薄板の上面を平坦にした。（３）ＬＡ法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１．５ｎｍの１２ｗｔ％Ａｌ２５ｗｔ％Ｎｉ６３ｗｔ％Ｆｅ粒子を、間隔ａが、７ｎｍ≦ａ≦８ｎｍの範囲になるように、Ｃｕ安定化材上に作成した。（４）スパッター法により、Ｎｂ３Ｓｎ薄膜を厚さｆが、９ｎｍ≦ｆ≦１１ｎｍの範囲で作成した。（５）ＬＡ法により、直径ｄが、１ｎｍ≦ｄ≦２ｎｍ、及び、厚さｔが、約１．５ｎｍの１２ｗｔ％Ａｌ２５ｗｔ％Ｎｉ６３ｗｔ％Ｆｅ粒子を、間隔ａが、７ｎｍ≦ａ≦８ｎｍの範囲になるように作成した。（６）スパッター法により、Ｃｕ安定化材を厚さｇが、３０ｎｍ≦ｇ≦６０ｎｍの範囲で被覆した。（７）前記の（５）、（４）、（５）及び（６）の工程を、この順序で３００回繰り返し、希望する、厚さ約２０μｍの超電導層を作成した。（８）この上を、スパッタ−法を用いて、１ｍｍ厚さのＣｕ安定化材で覆い、Ｎｂ３Ｓｎ超電導体線材を得た。超電導線材の特性である臨界電流密度Ｊｃは、４Ｋの試験温度、３０テスラの外部磁場の条件下で、２８ｋＡ／ｍｍ２の特性を得た。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、以上の実施例で説明したように、微細な常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体粒子を、適切なサイズ及び間隔で、超電導体内、及び、超電導体と安定化材界面に、分散配置させることで、磁束線のピン止め効果を大きく向上させた。このピン止め効果の向上により、臨海電流密度を大きく上昇させることができた。
【００１７】
【図面の簡単な説明】
【図１】超電導薄膜平面内の常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体粒子の三角形配置を示す。
【図２】［図１］の側面方向から見た、超電導薄膜厚さ方向の、超電導層、及び、常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体粒子の配置構造を示す。
【符号の説明】
１：安定化材基板
２：安定化材被覆層
１１：超電導層
１２：絶縁体層
２１：常電導体、常磁性体、又は、超常磁性体粒子
【図１】
2004031550.tif 000005
【図２】
2004031550.tif 000006