(57)【要約】【目的】放射性元素を含まない、また、不純物相を含まない新しい電子ドープ超伝導体及びその製造方法を提供する。【構成】化学式Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）で表され、結晶構造がＮｄ２ＣｕＯ４構造をとる酸化物超伝導体およびその酸化物超伝導体、化学式Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）の化学量論比で金属Ｌａ、金属Ｔｂ、金属Ｃｕを超真空チャンバ中に設置し、活性酸素を流し、加熱基板上に金属酸化物薄膜を形成する琴似より製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学式Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）で表され、結晶構造がＮｄ２ＣｕＯ４構造をとる酸化物超伝導体。
【請求項２】
化学式Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）を生成するための化学量論比に秤量した金属Ｌａ、金属Ｔｂ、金属Ｃｕを超高真空チャンバーに設置し、基板を加熱するとともに活性酸素を導入して前記基板上に金属酸化物薄膜を形成させることを特徴とする酸化物超伝導体の製造方法。
【請求項３】
前記基板はチタン酸ストロンチウムであることを特徴とする請求項２記載の酸化物超伝導体の製造方法。
【請求項４】
前記基板を４５０〜８００℃に加熱することを特徴とする請求項２または３記載の酸化物超伝導体の製造方法。
【請求項５】
活性酸素の流量は０．５〜２ｃｃ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の酸化物超伝導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化物超伝導体及びその製造方法、さらに詳細には放射性元素を含まない、また、不純物相を含まない新しい電子ドープ超伝導体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｄ２ＣｕＯ４構造をとる酸化物超伝導体としては、一般式で（ＲＥ，Ｔｈ）２ＣｕＯ４（非特許文献１、２）、（ＲＥ，Ｃｅ）２ＣｕＯ４（非特許文献３、４）で表される物質が過去に知られていた。ここでＲＥはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕのいずれかの希土類元素またはそれらの元素の混合物を表す。４価のＴｈまたはＣｅは３価の希土類元素を置換し、ｎ型キャリヤを供給するため、これらの超伝導体は電子ドープ超伝導体と呼ばれる。
【非特許文献１】Ｊ．Ｔ．Ｍａｒｋｅｒｔ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｎ．，７０（１９８９）１４５．
【非特許文献２】Ｊ．Ｔ．Ｍａｒｋｅｒｔ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｃ，１５８（１９８９）１７８．
【非特許文献３】Ｙ．Ｔｏｋｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，３３７（１９８９）３４５．
【非特許文献４】Ｈ．Ｔａｋａｇｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．６２（１９８９）１１９７．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ドーパントＴｈの場合、Ｔｈが放射性元素であるため、それを含む材料は安全性に問題がある。また、ドーパントＣｅの場合ＣｅＯ２が極めて安定な物質であるために、試料中の不純物相として析出しやすいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明による酸化物超伝導体は、化学式Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）で表され、結晶構造がＮｄ２ＣｕＯ４構造をとることを特徴とする。
【０００５】
また本発明による酸化物超電導体の製造方法は、化学式Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）を生成するための化学量論比に秤量した金属Ｌａ、金属Ｔｂ、金属Ｃｕを超高真空チャンバーに設置し、基板を加熱するとともに活性酸素を導入して前記基板上に金属酸化物薄膜を形成させることを特徴とする。
【０００６】
すなわち、Ｔｈ、Ｃｅ以外のドーパントを用いた超伝導物質を作製する方法と、その方法により作製された物質である。現在までにＴｈ、Ｃｅ以外の４価元素（例えば、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ等）をＮｄ２ＣｕＯ４構造のＲＥ２ＣｕＯ４にドープすることに成功したという報告はない。そこで本発明の方法においては、３価と４価の混合原子価をとるＴｂをｎ型ドーパントとする。Ｔｂは放射性元素ではなく、Ｃｅのように酸化物が極めて安定している物質でもない。しかし、通常の酸化物の粉混ぜによる合成法では、（ＲＥ２−ｘＴｂｘ）２ＣｕＯ４は超伝導にはならない。本発明の方法は、薄膜合成によって、Ｎｄ２ＣｕＯ４構造の（ＲＥ２−ｘＴｂｘ）２ＣｕＯ４（ＲＥ＝Ｌａ）を超伝導化させた。
【発明の効果】
【０００７】
放射性元素を含まない、また、不純物相を含まない新しい電子ドープ超伝導体を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
放射性元素を含まず、不純物相を含まない化学式Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）で表され、かつＮｄ２ＣｕＯ４構造の超伝導体を提供する。前記０．２＜ｘ＜０．５５の範囲であるが、この範囲を逸脱すると、後述の実施例より明らかなように超伝導性を示さない。
【０００９】
本発明による酸化物超電導体の製造方法によれば、超真空チャンバー中に化学式Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）を生成するための化学量論比で金属Ｌａ、金属Ｔｂ、金属Ｃｕを設置し、活性酸素を流し、加熱基板上に金属酸化物薄膜を形成する。これによって反応性共蒸着によってＬａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）薄膜が形成される。
【００１０】
基板としては、たとえばチタン酸ストロンチウム（ＳｉＴｉＯ３）を有効に使用することができる。基板温度は好ましくは４５０〜８００℃である。４５０℃未満であると、結晶化しない恐れがあり、一方８００℃を越えると、Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４相が形成されない恐れがある。もっとも好ましくは６００〜７００℃である。
【００１１】
さらに活性酸素としては、たとえばオゾンまたは原子酸素が好ましく用いられる。この活性酸素の流量は、好ましくは０．５〜２ｃｃ／分であるのがよい。０．５ｃｃ／分未満であると、Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４の相ができない。一般に、銅酸化物高温超伝導体ではＣｕは２＋の高酸化状態にあるので、所望の相を得るためには、成長時に照射する活性酸素量の下限が存在する。２ｃｃ／分をこえると、結晶性が悪くなるおそれがある。
【００１２】
以下実施例を説明する。後述の実施例は、本発明の例示であり、これによって限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
原子酸素を用いた反応性共蒸着法により、チタン酸ストロンチウム（ＳｉＴｉＯ３）基板上にＬａ１．６７Ｔｂ０．３３ＣｕＯ４薄膜を作製した。ここで、基板温度は６５５℃で、原子酸素は酸素流量１ｃｃ／分、高周波パワー２５０Ｗにより発生させた。
【００１４】
図１にこの実施例の製造方法のブロック図を示す。まず、化学量論比に金属Ｌａ、金属Ｔｂ、金属Ｃｕを超高真空チャンバーに設置する。次いで前記超高真空チャンバーに設置されたチタン酸ストロンチウム基板を６５５℃に加熱し、次いで活性酸素を流量１ｃｃ／分で流し、成膜速度１００ｎｍ／１０分で、Ｌａ１．６７Ｔｂ０．３３ＣｕＯ４薄膜を形成した。
【００１５】
図２は、チタン酸ストロンチウム基板上に作製したＬａ１．６７Ｔｂ０．３３ＣｕＯ４薄膜の超伝導転移を示したものであり、薄膜が超伝導臨界温度Ｔｃ〜１５Ｋの超伝導体であることを示している。図２において、縦軸が超伝導転移温度（白丸が超伝導転移のオンセット温度（ρが急激に低下し始める温度）、黒丸がゼロ抵抗となる温度）、横軸はＬａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４（０．２＜ｘ＜０．５５）のＸを示す。
【００１６】
図３は、同薄膜のＸ線回折パターンであり、薄膜がＮｄ２ＣｕＯ４構造をとっていることを示している。
【００１７】
さらに、Ｔｂドープ量を系統的に変える実験を行い、超伝導が出現する組成範囲を調べた。Ｔｂドープ量が０．１＜ｘ＜０．６の範囲で、単相のＮｄ２ＣｕＯ４構造の薄膜が得られた。
【００１８】
図４に超伝導臨界温度のｘ依存性を示す。０．２０＜ｘ＜０．５５で超伝導が観測され、ｘ＝０．３０付近で最高のＴｃ＝１５Ｋが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
放射性元素を含まない、また、不純物相を含まない新しい電子ドープ超伝導体を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例１の方法を説明するためのブロック図。
【図２】反応性共蒸着法により、チタン酸ストロンチウム基板上に作製したＬａ１．６７Ｔｂ０．３３ＣｕＯ４薄膜の超伝導転移を示したものであり、薄膜がＴｃ〜１５Ｋの超伝導体であることを示している。
【図３】同薄膜のＸ線回折パターンであり、薄膜がＮｄ２ＣｕＯ４構造をとっていることを示している。
【図４】Ｌａ２−ｘＴｂｘＣｕＯ４薄膜の超伝導転移温度（Ｔｃ）をＴｂの組成の関数としてプロットしたものである。０．２０＜ｘ＜０．５５の範囲で超伝導が観測され、ｘ＝０．３０近傍でＴｃは最高値の１５Ｋとなる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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