1B-a01

Y 系線材 MOD 法

BMO 微細化技術による磁場中高特性 MOD-REBCO 線材の開発
Development of MOD derived REBCO coated conductors with high in-field performance using
BMO refining technique
中岡 晃一，町 敬人，和泉 輝郎（産総研）；木村 一成，小泉 勉（昭和電線）；吉田 竜視，加藤 丈晴（JFCC）；
井上 昌睦，木須 隆暢（九大）；岡田 達典，淡路 智（東北大）
NAKAOKA Koichi，MACHI Takato，IZUMI Teruo (AIST); KIMURA Kazunari，KOIZUMI Tsutomu (SWCC); YOSHIDA Ryuji,
KOTO Takeharu (JFCC)；KISS Takanobu, INOUE Masayoshi (Kyushu Univ.)；OKADA Tatsunori, AWAJI Satoshi (Tohoku Univ.)
E-mail: koichi.nakaoka@aist.go.jp
1．はじめにRE 系超電導線材の機器応用に向けて，低コスト化および磁場中特性の向上が求められている．トリフルオロ酢酸塩を出発原料に用いた金属有機酸塩堆積法（TFA-MOD 法）は，
非真空プロセスで比較的容易に高い臨界電流密度特性を得ることが可能なため，RE 系超電導線材の低コスト作製法として期待されている．磁場中特性の向上には人工ピン止め点の導入およびその微細分散化が有効である．以前の研究において，中間熱処理プロセスの開発により YGdBCO 超電導相に人工ピン止め点材料として導入した BaZrO3（BZO）粒子の微細分散化に成功するとともに，磁場中特性の向上を確認した [1]．最近，TFA-MOD 法においてマルチコートにおける一回塗布膜厚（donce ）と BZO 粒子の粒径との相関を見出し，
BZO 粒子の更なる微細分散化に成功した．本研究では，donceと BZO 粒子の粒径との関係およびその磁場中臨界電流密度（Jc(B)）特性について報告する．

Fig.1 Relationship between donce and Dn of the BZO particles [2].

2．実験
Y-，Gd-プロピオン酸，Ba-トリフルオロ酢酸，Cu-2-エチル
ヘキサン酸，ZrO-2-エチルヘキサン酸を Y: Gd: Ba: Cu: Zr =0.77: 0.23: 1.60: 3.00: 0.10 のモル比で有機溶媒に溶解させたものを原料溶液とした．この原料溶液をスピンコートによりCeO2 配向中間層付きハステロイ TM 金属基板上に donce = 30
～170 nm で塗布し，酸素ガス雰囲気下 5℃/min の昇温速度で 500℃まで熱処理（仮焼成）することで前駆体膜を成膜した．
さらにスピンコートおよび仮焼成の操作を繰り返すことで約 0.6μm の膜厚を得た．これらの前駆体膜を低酸素分圧窒素ガス
雰囲気下において，580℃で中間熱処理，750℃で本焼成することで YGdBCO/BZO 線材を作製した．
3．結果
図 1 に YGdBCO/BZO 線材の断面 TEM 観察より得られた
donce と BZO 粒子の平均粒径（Dn）との関係を示す．従来 170
nm であった donce を 30 nm に減少させることにより BZO 粒子の Dn は 16.5 nm から 12.8 nm に微細化し，donce の薄層化が
BZO 粒子の微細化に有効であることが明らかである．donce =30 nm および 170 nm で作製した YGdBCO/BZO 線材の B =3 T 中 77 K および 65 K における Jc(B)の磁場角度依存性を
図 2 に示す．donce を 170 nm から 30 nm に薄層化させることに
よ り ， 77 K で の Jc(B//c) 特 性 が 、 0.19 MA/cm2 か ら 0.27
MA/cm2，65 K での Jc(B//c)特性が、1.04 MA/cm2 から 1.60
MA/cm2 となり，それぞれ 1.42 倍および 1.54 倍の特性向上に成功した．BZO 粒子の微細化機構に関して，仮焼膜中の膜厚方向の構成元素濃度分布を観察したところ，donce に応じた間隔で Cu 濃化部（他元素減少部）が確認され，donce が厚い
条件では偏析部の間で濃度平坦部が観察された．BZO は，超電導相が形成さる前に核生成し成長する．その場合，その拡散距離よりも濃化部の間隔が小さくなった場合，成長に供給可能な溶質が限定され微細化するものと考えられる．また当日の講演においては，本技術の長尺作製プロセスへの適用についても報告する．

Fig.2 Magnetic field angular dependence of Jc(B) at (a) 77 and(b) 65 K and 3.0 T of the YGdBCO CCs with BZO fabricatedfor different donce conditions of 30 and 170 nm [3].
謝辞
本研究の一部は，平成28年度産総研－東北大学マッチ
ング研究支援事業「極低温強磁場応用を目指したMOD線材の開発」の支援を受け実施した．
参考文献
1. K. Kimura, et al.: IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 25(2015) p. 6604204
2. K. Nakaoka, et al.: Supercond. Sci. Technol., Vol. 30 (2017)p. 055008― 16 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-a02

Y 系線材 MOD 法

Enhancement of in-field critical current density of BaZrO3 introduced(Y, Gd)BCO coated conductors by TFA-MOD process adopting multiplecoating with reduced once-coat-layer-thickness
SUZUKI Takumi, OOMURA Syunsuke, IMAMURA Kazutaka, INOUE Masayoshi, HIGASHIKAWA Kohei (Kyushu Univ.);
AWAJI Satoshi (Tohoku Univ.); NAKAOKA Koichi, IZUMI Teruo (AIST); KISS Takanibu (Kyushu Univ.)
E-mail: suzuki@ees.kyushu-u.ac.jp

Acknowledgements
This work was supported by the “JSPS: KAKENHI(16H02334)”
References[1] T. Izumi et al., IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 27, No.
4, 2017 6601604[2] K. Nakaoka et al., IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 26,
No. 3, 2016 8000304[3] M. Inoue et al., HFLSM, IMR Tohoku Univ. Annual Report(2015) 30 – 32

10

12

●d
○d

10

11

once
once

= 30 nm= 170 nmJc (A/m2)

4.2 K

10

10

20 K
9

10

0

5

50 K

65 K

77 K

8

10

10

B (T)

15

20

25

Fig. 1 Jc-B-T characteristics at B//c for BZO doped YGdBCO
coated conductors using the 30- and 170-nm once-coat-layerthickness, respectively.
11

10

●d

T = 77 K

○d

B//ab

10

once
once

= 30 nm= 170 nm

B//c
1T

c

2

J [A/m ]

10

3K

9

10

5T
8

10

-20

0

20

40

60

80

 [degree]

100

Fig. 2 Jc-B-θ characteristics at 77 K for BZO doped
YGdBCO coated conductors using the 30- and 170-nm oncecoat-layer-thickness, respectively.

3 10

10

T = 65 K● MOD-YGdBCO(dB//ab○ PLD-EuBCO + BHO

once= 30 nm)B//c
3T

Jc [A/m2]

1．Introduction
The trifluoroacetate metal-organic decomposition (TFAMOD) process for REBa2Cu3Oy (RE: rare earth, REBCO)
coated conductors is a low-cost process to provide high criticalcurrent density Jc because of its non-vacuum process. Recently,
it has been reported that the critical current density in liquid
nitrogen temperature can be increased effectively by reducing
once-coat-layer-thickness (donce) in the multiple coating processof BaZrO3 (BZO) doped MOD-YGdBCO coated conductors [1,2]. In this study, we have investigated the Jc properties of the
BaZrO3 doped YGdBCO coated conductors obtained from themulti-thin-layer-coating process over a wide magnetic field andtemperature region and an analytical expression for the Jc as afunction T and B has been derived by using percolationtransition model. Their superconducting properties werecompared with that of previous MOD- and PLD processed
REBCO coated conductors.
2．Experimental
We prepared two samples for comparison with the similar
total thickness of 0.53 μm and 0.75 μm with the once-coat-layerthicknesses of 30 nm and previous 170 nm, respectively.
Transport critical current density was measured by the fourprobe method with a micro-bridge by the photo lithography. The
typical micro-bridge is about 70 μm wide and 540 μm long.. We
measured the in-field critical current density up to 27 T attemperature from 4.2 K to 77 K. The critical current density wasdetermined using the criterion of E=1 μV/cm
3．Results and discussion
Fig. 1 shows the Jc -B-T characteristics of BZO doped
YGdBCO coated conductors. The sample using the donce =30 nm
shows superior in-field Jc in the all measured conditions thanthat of the standard coating using 170 nm thick layer for eachcoating. Moreover, magnetic field angle dependence of Jc forthe sample using the donce =30 nm increases at all angles of Jc
shown in Fig.2.
As a comparison with the previous PLD processed coatedconductor, Fig. 3 shows the Jc-B-θ characteristics for BZO
doped YGdBCO coated conductors using the donce =30 nm andto compare PLD processed BHO doped EuBCO coatedconductor[3]. We found that the minimum Jc, which estimatedfrom magnetic field angle dependence, shows even higher value
than that of PLD processed EuBCO up to 5 T of magnetic field
at 65 K. From these results, the new MOD-YGdBCO processusing the thin-once-coat- layer-thickness is very promising forthe low field applications. In the presentation, analyticalexpression for the Jc using percolation transition model will also
be discussed.

10

10

5T

7T
9

3 10

-20

0

20

40 60
 [degree]

80

100

Fig. 3 Jc-B-θ characteristics at 65 K for BZO doped
YGdBCO coated conductors using the 30-nm once-coatlayer-thickness and PLD processed BHO doped EuBCO
coated conductor.

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第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-a03

Y 系線材 MOD 法

BHO ナノ粒子を導入した MOD-(Y,Gd)BCO コート線材の強磁場臨界電流特性
High-field Jc properties of MOD-(Y,Gd)BCO coated conductors with BHO
nanoparticles
岡田 達典，今井 悠斗，淡路 智（東北大金研）；中岡 晃一，町 敬人，和泉 輝郎（産総研）
OKADA Tatsunori, IMAI Yuto, AWAJI Satoshi (Tohoku Univ.); NAKAOKA Koichi, MACHI Takato, IZUMI Teruo (AIST)
E-mail: tatsu.okada@imr.tohoku.ac.jp
1．はじめにで見られたスケール則から逸脱しており、65 K-77.3 K の間で臨界電流密度（Jc）特性の向上は強磁場応用上の重要課

ピンニングの様子が異なる。このような急激な変化は、Tc に向題であり、これまでに種々の人工的ピンの導入が試みられてけてのコヒーレンス長ξ(T)の発散的増大に伴う BHO ナノ粒

きた。近年、金属有機化合物分解（MOD）法による BaMO3 ナ

子サイズとξ(T)との大小関係の変化に起因していると推察しノ粒子添加 REBa2Cu3Oy(REBCO)線材が精力的に研究され、ている。

比較的高温域での Jc 特性の向上 [1]が報告されるなど、有効な人工ピンとして注目されている。
一方、MOD-REBCO 線材の低温・強磁場における Jc 特性については未解明である。本研究では、BaHfO3 ナノ粒子添加 MOD-(Y,Gd)BCO 線材に対する低温・強磁場下 Jc 測定を試みた。
2．実験方法
BaHfO3 (BHO)ナノ粒子添加 MOD-(Y,Gd)BCO コート線材
は、トリフルオロ酢酸(TFA)を溶媒とした MOD 法により合成した。1 回の塗布-焼成プロセスで合成する膜厚 dcoat を従来のTFA-MOD 法に比べて薄くすることで、より微小な BHO ナノ粒子を高密度にランダム分布させることが可能となり、Jc 特性が向上することが知られている [2]。本研究で扱った試料は
主に dcoat = 27 nm 程度のものであり、レーザーによるブリッジ
加工、酸素アニール、スパッタによる Ag 保護層蒸着を施してFig.1 Pinning curves, Fp(B), of MOD-(Y,Gd)BCO coatedconductor with BHO nanoparticles (sample #1, dcoat = 27 nm).
4．まとめ

Fp(B)の温度変化より、BHO ナノ粒子添加 MOD-(Y,Gd)BCOいる。
得られた BHO ナノ粒子添加 MOD-(Y,Gd)BCO コート線材

コート線材のピンニング機構には、コヒーレンス長と BHOに対し、4.2 K ≦ T ≦ 90 K の広い温度域、B = 27 T までのナノ粒子サイズの大小関係が関与することが示唆された。

強磁場下における臨界電流特性測定を行なった。測定にはこの描像をより鮮明なものにすべく、BHO ナノ粒子のサイ

東北大金研強磁場センター所有の 28 T ハイブリッドマグネッ

ズおよび分布密度の異なる試料に対する測定を予定して

トおよび 25 T 無冷媒マグネット [3]を利用し、回転型プローブ

いる。系統的測定を通じ、BHO ナノ粒子添加 MOD-(Y,Gd)BCOを用いた四端子測定法（Ec = 1μV/cm）により Jc(B,T,θ)を求

コート線材における磁束ピン止め機構の解明および更なめた。

る Jc 向上の指針探索を試みたい。

3．結果と考察謝辞

得 ら れ た 結 果 の 一 例 と し て 、 BHO ナ ノ 粒 子 添 加

本研究は、平成28年度産総研-東北大マッチング研究支(Y,Gd)BCO コート線材（試料#１）のピンニング曲線 Fp(B)を

援事業「極低温強磁場応用を目指したMOD線材の開発」のFig.1 に示す。磁場は(Y,Gd)BCO の c 軸方向に印加しており、支援を受け遂行されました。

max

縦軸は各温度でのピンニング力のピーク値 Fp
max

Fp

で、横軸は

をもたらす磁場 Bpeak で規格化してある。

参考文献

20 K ≦ T ≦ 65 K の温度域において、Fp(B)は低磁場領

1. 例えば、M. Miura, et al., APEX Vol. 2 (2009) p.023002.,

域を除く中・強磁場範囲で良くスケールしており、広い温度領Supercond. Sci. Technol. Vol. 26 (2013) p.035008., Sci.

域に亘って同一のピン止め機構に支配されていると考えられRep. Vol. 6 (2016) p.20436., S. Awaji, et al., Supercond.

る。また、低磁場領域は異なる規格化パラメータを用いることで良くスケールするため、低磁場領域は双晶境界など他の要

Sci. Technol. Vol. 23 (2010) p.014006.
2. T. Izumi, et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. Vol. 27(2017) p.6601604.

因によるピンニングが支配していると考えられる。
一方、T = 77.3 K における Fp(B)は、20 K ≦ T ≦ 65 K

3. S. Awaji et al., Supercond. Sci. Technol. (in press).

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第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-a04

Y 系線材 MOD 法

フッ素フリーMOD 法 Y123 配向膜における作製時間の短縮
Shortening of synthesis time for fluorine-free MOD Y123 thin films
池田 周平, 元木 貴則, 下山 淳一 (青学大) ; 本田 元気, 永石 竜起 (住友電工)
IKEDA Shuhei, MOTOKI Takanori, SHIMOYAMA Jun-ichi (Aoyama Gakuin Univ.);
HONDA Genki, NAGAISHI Tatsuoki (Sumitomo Electric Industries, Ltd.)E-mail: c5617042@aoyama.jp
ることがわかり、従来の約半分の 15 h の全工程で高 Ic 薄膜

1．はじめに様々な REBa2Cu3Oy(RE123)超伝導薄膜の作製方法の中(~90 A cm-1, ~0.5 m 厚)を得ることに成功した。

でもフッ素フリーMOD 法は、単純な固相反応により 2 軸配向
薄膜が短時間で得られることから、工業化に適した手法である[1]。これまで我々は Cl を原料溶液に添加することにより 2 軸配向した Ba2Cu3O4Cl2(Ba2342)酸塩化物の微細な結晶が膜中に析出し、Y123 の 2 軸配向結晶成長を促進するとともに、磁場中の Jc を改善することを報告してきた[2]。
本研究では FF-MOD 法を用いて短時間で高 Ic Y123 薄膜を作製することを目指し、長尺化が可能な金属 Clad 基板上に
Ba2342 酸塩化物を含む Y123 薄膜を様々な条件下で作製し、結晶配向性および超伝導特性を評価した。
2．実験方法Y, Ba, Cu および Cl を含む有機金属塩溶液を、金属 Clad
基板上にスピンコート法により塗布した後、酸素気流中、500°C で仮焼して有機物を分解した。仮焼は従来 2 h 行っていたが本研究では 500°C に到達した時点でヒーター加熱を止め炉冷した。この操作を複数回繰り返すことで目的の膜厚の仮焼膜を作製し、その後 O2(30, 100 ppm)/Ar フロー中、760–

Fig. 1 Thickness dependences of Ic, Jc at 77 K in self fieldand normalized intensity of Y123(005) peak of XRD by
Cu(200) peak intensity from metal substrates.

830°C, 1 min–18 h の条件下で本焼成した。最後に酸素気流中で 450°C でのアニールによってキャリア濃度を最適ドープ状態に制御した。これらの薄膜に対して、XRD による相同定、SEM による微細組織観察、誘導法により液体窒素浸漬下での Ic の評価を行った。
3．結果と考察高 Ic 化を目的に塗布、仮焼を繰り返すことにより厚膜化を試み、作製条件の最適化や原料溶液に Cl を添加することによって最高 1.5 m 厚までの配向膜を作製した。Fig. 1 に PO2= 10 Pa, 800°C, 1 h の本焼成条件で作製した Y123 薄膜の77 K, ~0 T での Ic, Jc、および Y123(005)ピークの基板の Cu ピークとの強度比の膜厚依存性を示す。膜厚 0.8m で Ic が 100
A cm-1 を超えたが 1.0m 以上では Ic が低下しており、厚い膜に対する焼成条件の最適化が必要であることが示唆された。
FF-MOD 法では不純物のほとんどない平坦な表面を持つ
Y123 薄膜が得られるため、焼成後の薄膜に対して再び溶液の塗布、仮焼、焼成を行うことによる厚膜化が可能である。そFig. 2 Conventional (solid line) and new (dashed line)
synthesis processes for FF-MOD processed YBCO films.

こで最初の 3 層に Cl ドープ、2 回焼成時の 3 層を Cl フリーとした 6 層薄膜(膜厚 1.0 m)を作製したところ、Ic = 126 A cm-1,
Jc = 1.3 MA cm-2 に大きく改善した。
また、プロセスの短縮のために本焼成、酸素アニール条件の短縮を試みた。Fig. 2 に短縮したプロセスの温度プロファイ
ルを示す。酸素アニール時間を 12 h から 30 min に短縮して

参考文献[1] Y. Ishiwata et al., IEEE Trans. Appl. Supercond. 23 (2013)
7500804.
[2] T. Motoki et al., Supercond. Sci. Technol. 27 (2014) 095017.

も十分に酸素量制御できること、さらに本焼成も短縮可能であ― 19 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-a05

Y 系線材 MOD 法

酸ハロゲン化物導入によるフッ素フリーMOD 法 YBCO 薄膜の高 Jc 化High Jc properties achieved by introduction of oxyhalides to fluorine-free MOD YBCO thin films
元木 貴則(青学大, JST-ALCA); 池田 周平, 中村 新一(青学大); 下山 淳一(青学大, JST-ALCA);
土井 俊哉(京大, JST-ALCA); 本田 元気, 永石 竜起(住友電工)
MOTOKI Takanori(AGU., JST- ALCA); IKEDA Shuhei, NAKAMURA Shin-ichi(AGU);SHIMOYAMA Jun-ichi(AGU, JST-ALCA); DOI Toshiya(Kyoto Univ., JST-ALCA); HONDA Genki, NAGAISHI Tatsuoki(SEI)E-mail: motoki@phys.aoyama.ac.jp1.

はじめに
フッ素フリーMOD の法は、原料にフッ化物を含まない溶液を用いた化学的手法であり、簡単な固相反応により
REBCO 相が短時間で得られることから工業化に適した手法であるといえる。これまで我々は、原料溶液への Cl 添加によって酸塩化物 Ba2Cu3O4Cl2 が生成し YBCO 相の 2 軸配向を促進し、均質で結晶性の高い薄膜を再現性良く得られることを報告してきた[1,2]。この酸ハロゲン化物のハロゲンサイトは Cl だけでなく、Br も占有できることが焼結体において報告されている[3]。そこで、BaMO3(M = Zr, Sn,Hf)ペロブスカイト型酸化物を、結晶化促進に効果的な Cl
や Br と共添加することにより、FF-MOD 法 YBCO 薄膜の磁場中 Jc 特性の改善を試みた。
2.

実験方法
HCl、HBr を所定量加えた Y, Ba, Cu および M を含むフッ素フリーの有機金属塩溶液より、SrTiO3(100)単結晶基板
上にスピンコート法で塗布後、仮焼した。塗布・仮焼を 3回繰り返し、続いて 100 ppm O2 / Ar フロー中, 800°C, 1 h 焼成した。最後に酸素気流中 450C でアニールしキャリア濃度を最適ドープ状態に制御した。得られた試料の膜厚は~0.4 m である。これらの薄膜に対して、XRD による相同
定、SEM, TEM による微細組織観察、SQUID 磁束計による超伝導特性評価を行った。

Fig. 1 Crystal structure of Ba2Cu3O4X2 (Ba2342) (X = Cl, Br).
Ba2342 is a layered compound where [Cu3O4]2- layers and[Ba2X2]2+ layers are alternately stacked. The size of Cu3O4
plane is almost identical to that of CuO2 plane in YBCO
crystal.

3.

結果と考察
Ba2Cu3O4X2(Ba2342)の結晶構造を Fig. 1 に示す。Ba2342
は層状の構造であり、CuO2 面と類似の Cu3O4 面を持つた
め YBCO との格子整合性が非常に高く、YBCO の結晶化を促進するはたらきを有することがわかっている。ハロゲ
ン元素として Br を添加した場合でも YBCO 薄膜中にBa2Cu3O4Br2 が配向して析出することを確認した。
ハロゲン元素として Cl もしくは Br を選択し、不純物金属(Zr, Sn, Hf)と共添加した YBCO 薄膜を作製し評価した。
得られた試料の不純物金属ドープ量と Fp(40 K, 4.8 T) の関係を Fig. 2 に示す。まず、無添加薄膜に比べると、Cl 添
加や Br 添加のみでも Fp が上昇することがわかった。不純物金属のみを添加しても Fp 改善効果は小さいが、Cl や Brと共添加することにより大きく Fp が増大し、添加する不純物金属の種類によって最適な添加量が異なる傾向が見られた。また、Cl と Br を比較すると、Br 共添加のほうがFp 改善に有効であることが明らかになった。無添加薄膜に比べて(Br+Hf1%)もしくは(Br+Sn3%)の共添加により Fp は3 倍以上改善した。当日は、薄膜の特性の焼成条件による変化などについても微細組織と合わせて報告する予定である。

Fig. 2 Relationship between doping level of impurity metal
M (M = Zr, Sn, Hf) and Fp (40 K, 4.8 T) of M-added YBCO
films. Some samples were prepared by co-addition of Cl or
Br with M.
参考文献[1] T. Motoki et al., Supercond. Sci. Technol. 29 (2016) 015006.
[2] T. Motoki et al., Appl. Phys. Express 10 (2017) 023102.
[3] R. Kipka et al., Z. Anorg. Allg. Chem. 424 (1976) 1-4.

― 20 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p01

MgB2 バルク

in-situ 法及び ex-situ 法によって作製された MgB2 バルクの捕捉磁場と臨界電流密度に対する Ti 族元素ドープ効果
Doping effects of titanium group elements on the trapped field and critical current density
for MgB2 bulks fabricated by in-situ and ex-situ methods髙橋 裕平，内藤 智之，藤代 博之 (岩手大)
TAKAHASHI Yuhei，NAITO Tomoyuki，FUJISHIRO Hiroyuki (Iwate Univ.)
E-mail: t2216018@iwate-u.ac.jp

2．実験方法Mg、アモルファス B 及びチタン族元素 (TGE=Ti, Zr) 粉
末を Mg(1-x)(TGE)xB2 (x=0-0.3) となるように秤量して混錬したものを密閉カプセル内で常圧焼結して TGE ドープされたバルク (CAP バルクと呼ぶ) を作製した。バルクの直径は 20 mm、厚さは約 20 mm である。この時点で TGE ドープ効果があることを確認するために捕捉磁場の測定を行った。その後、このバルクを自動乳鉢で粉砕・混合して SPS 処理を施して直径 20mm、厚さ約 10 mm の SPS バルクを作製した。SPS 処理は10-100 Pa の真空中において 950-1050℃で 5-15 min 行った。
最大印加電流は 1000 A、印加圧力は 50 MPa とした。結晶構
造は XRD (X-Ray Diffraction) 法により評価した。捕捉磁場
は FCM (Field Cooled Magnetization) で磁場を捕捉させ、バルク表面中心に設置した極低温用ホール素子により測定した。
3．結果と考察
Fig. 1 に TGE を 10%ドープした CAP バルクと SPS バルクの XRD パターンを示す。すべての試料で(TGE)B2 のピークが観測された。また、Ti ドープ、Zr ドープの両方で SPS 前より
SPS 後のほうが(TGE)B2 のピークが大きくなっている。SPS 処
理中に残留 TGE が反応して(TGE)B2 が増加したことや SPS
処理によって(TGE)B2 の結晶性が向上したことが原因として考えられる。SPS バルク中の MgB4 と MgO は焼結中に MgB2が分解し、MgB4 が生成し余った Mg が炉内の残留酸素と反応してできたものと考えられる。
Fig. 2 に CAP バルクと SPS バルクの捕捉磁場の温度依存性を示す。Pristine SPS バルクの捕捉磁場は 20 K で 2.1 T と
HIP バルクに匹敵する高い値を示した。CAP バルクでは TGE
をドープすることで捕捉磁場が向上したが、SPS バルクにおいて TGE ドープバルクの捕捉磁場は Pristine バルクよりも僅かに低下し、TGE ドープ CAP バルクとほぼ同等の値となった。
EBSD (Electron Back-Scattering Diffraction) 解析より CAP バ
ルクでは Ti ドープによって未解析領域 (EBSD の解像度 50
nm 以下の結晶または低い結晶性のために回折が確認できない領域) が増加したことから MgB2 粒が微細化されたことが示唆される。したがって捕捉磁場向上の主な要因は MgB2 粒が微細化されたためだと考えられる。一方、Ti ドープ SPS バルク● MgB ★ Mg ▼ MgO
2◆ TiB ◇ Ti × MgB4
2

■ ZrB
and

and

■

●

intensity(a.u.)

■

●
▼
×▼×
●

●

■

▼

0.9

and

and
●

■

●

0.1

2

●■ ■
■●■
■● ■●
● ●
▼

■
■
●

2

SPS Mg Zr B

and

●
■

■

CAP Mg Zr B
0.9●■
■ ●■● ● ■●

0.1

2

●
■

●

SPS Mg Ti B
0.9

×●◆

●
▼
×
◆
◆
× × ××●
▼×
×

●▼
●● ●

●

0.1

2

▼ ●

●

CAP Mg0.9Ti0.1B2
●
●◆
20

◆ ◇

30

●

◆
◇

40

50

●

●

●● ●

60

70

2θ(deg.)●80

90Fig. 1 XRD patterns of the pristine and titanium groupelements (Ti, Zr) 10%-doped MgB2 bulks fabricated byambient pressure sintering (CAP) and spark plasma
sintering (SPS).
MgB

2.5

2

Mg Ti B
0.9

0.1

2

0.9

0.1

2

Mg Zr B

2
Trapped field(T)1．はじめにMgB2 超電導体は磁場中で Jc が急激に減少するため、これまで捕捉磁場の最高値は 12 K で 5.4 T にとどまっている[1]。
MgB2 の磁束ピン止め特性の向上には、結晶粒の微細化やチタン族元素[2, 3]などの不純物添加が有効である。我々もTi ドープした in-situ HIP (Hot Isostatic Pressing) バルクの捕捉磁場が Pristine バルクより大きく向上することを報告した[4]。
一方、チタン族元素をドープした ex-situ SPS (Spark Plasma
Sintering) バルクの捕捉磁場は Pristine バルクよりも向上しない[5]。以上のことから本研究では作製方法の違いによるMgB2 のピン止め特性に対するチタン族元素ドープ効果の違いを調査し、そのメカニズムを解明することを目的とした。

MgB2

Mg Ti B
0.9

0.1

2

0.9

0.1

2

Mg Zr B

1.5

}
}

CAP

SPS

1
0.5
0
10

15

20

25
30
35
Temperature(K)40

45

Fig. 2 Temperature dependence of the trapped field for thepristine and titanium group elements (Ti, Zr) 10%-doped
MgB2 bulks fabricated by ambient pressure sintering andspark plasma sintering.
の MgB2 粒は Pristine バルクよりも粗大であった。従って、捕捉磁場が低下した。Ti ドープ SPS バルクで粒成長が促進された
理由として Ti が焼結助剤として働いた可能性が考えられる。
参考文献
1. Fuchs et al., Supercond. Sci. Technol., 26 (2014) 122002
2. Y. Zhao et al., Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 1154
3. D. Goto et al., Physica C 392-396 (2003) 272
4. T. Naito et al., Supercond. Sci. Technol. 28 (2015)
5. Y. Takahashi et al., Abstracts of CSJ Conference, 93 (2016)p.41― 21 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p02

MgB2 バルク

Infiltration 法による MgB2 バルクの作製条件の最適化 II: 微細組織と超伝導特性
Optimization of fabrication condition of MgB2 bulk by infiltration method II:
Relationship between microstructure and superconducting characteristics
荻野 新，内藤 智之，藤代 博之 (岩手大)OGINO Arata, NAITO Tomoyuki, FUJISHIRO Hiroyuki (Iwate Univ.)
E-mail: tnaito@iwate-u.ac.jp
1．はじめに強力な MgB2 バルク磁石実現するには緻密化が不可欠である。したがって、MgB2 バルクは圧力下焼結法(熱間等方圧
加圧法、ホットプレス法、放電プラズマ焼結法)や浸透(拡散)法によって作製されることが多い。我々は熱間等方圧加圧(HIP)法で MgB2 バルク(充填率約 90%)を作製し、4 テスラ級捕捉磁場を得た[1]。HIP 法は MgB2 バルク磁石の高性能化に非常に有効であるが高コストである。一方、浸透法は特別な加圧炉を使うことなく高充填率 MgB2 バルクを作製できるが、浸透過程が制御できないことから組織が不均一になることも多い。Giunchi らは B 前駆体と Mg 粉末を鉄製容器に溶接密封する Reactive Liquid-Mg Infiltration 法で充填率 93%の MgB2
バルクの作製に成功した[2]。ただし、バルク内に未反応 Mgが残留する問題があり、サイズで規格化した捕捉磁場は HIP
バルクに比べて低かった[3]。我々は、浸透法と密閉カプセル法を組み合わせることで高充填率 MgB2 バルクの作製を試みている。最近、カプセル形状の改善により未反応 Mg 残留物がほとんどない MgB2 バルクの作製に成功し、15.9K において
バルク表面で 2.4 テスラの捕捉磁場を得た[4]。この値は HIP
バルクに匹敵する。ただし、バルク表面には比較的大きなクラックが残っており、作製条件の最適化によってより高品質かつ高い捕捉磁場特性を有するバルクが実現できると期待される。
そこで、本研究では浸透および生成過程に対する知見を得ることで浸透法による MgB2 バルク作製の最適条件を明らかにすることを目的とした。前々回の学会では MgB2 が出来る温度と反応時間について報告した[5]。今回は、微細組織観察と超伝導特性から最適条件を議論する。
2．実験方法片方を閉じた SUS 管(外径 10 mm、内径 8 mm)を用意し、まず 結晶 B 粉末(純度 99%、粒径 45 µm)を 5 MPa の加圧下で充填した。その B 層の上に Mg 粉末(純度 99.5%、粒径180 µm)を B と同様の手順で充填した。その後、アルゴン雰囲
気中で密封し熱処理した。Mg と B のモル比は 1.1:2、各層厚は 15 mm とした。熱処理温度は Mg の融点より高い
700-900℃、保持時間は 0-9 時間とした。生成物を短冊状もしくは小片に加工して、X 線回折(XRD)による相同定、SEM や
EBSD による組織観察や SQUID 磁束計による磁化測定を行った。磁場中冷却着磁法で捕捉磁場を測定した。なお、XRD
パターンから生成物の主相が MgB2 であることが確認されている。
3．実験結果と考察
Fig.1 に熱処理温度 700 および 900℃、保持時間 1 および
9 時間で作製した MgB2 の 20 K における臨界電流密度の磁場依存性を示す。700℃-9 時間試料が最も高い Jc および不可逆磁場を示した。高磁場領域(2.5 テスラ以上)では 700℃試料の Jc 特性が 900℃試料よりも高いことが分かる。その起源を
微細組織観察から考察する。Fig.2 に 700℃および 900℃試料(保持時間はいずれも 9 時間)の EBSD 画像を示す。薄いグ
レーは MgB2、濃いグレーは Mg、黒色は未解析領域をそれぞ

10

6

10

5

10

4

2

-2

J (A cm )Iinfiltration processed MgB

c

1h

10

3

10

2

T=20 K9h

700 °C
900 °C012

0H (T)

3

4

5

Fig.1: Magnetic field dependence of the critical current
density at 20 K for the infiltration processed MgB2
fabricated at 700 and 900 ℃ for 1 and 9 h.

Fig.2: EBSD images of the infiltration processed MgB2
fabricated at 700 and 900 ℃ for 9 h.

れ表す。なお、EDS 解析から未解析領域のほとんどは B が占めることが分かっている。700℃試料では未反応の Mg と B が多く残っており、そのため生成した MgB2 の割合が非常に小さい。ただし粒サイズは小さい。一方、900℃試料では MgB2 相が大部分を占めるが粒サイズが大きい。従って、700℃試料の高い Jc 特性は、体積分率が低いにも関わらず微細な MgB2 粒境界による磁束ピン止め場所の増加によってもたらされたと考えられる。
謝辞
本研究の一部はJSPS科研費15K04718, 15K04646の助成を受けて実施した。
参考文献
1. T. Naito et al., Supercond. Sci. Technol. 28 (2015) 095009.
2. G. Giunchi et al., Int. J. Mod. Phys. B 17 (2003) 453.
3. H. Mochizuki et al., Supercond. Sci. Technol. 28 (2015)
105004.
4. T. Naito et al., Supercond. Sci. Technol. 29 (2016) 115003.
5. 荻野ほか、2016 年度春季低温工学・超電導学会講演概要集、p.40．

― 22 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p03

MgB2 バルク

気相輸送 (MVT) 法による大型 MgB2 超伝導バルク体の作製
Fabrication of large MgB2 superconducting bulksby Mg Vapor Transportation (MVT) method
佐野川 悠 (東京農工大学); 島崎 七海 (東京農工大学); 山本 明保 (東京農工大学, 東京工業大学)
SANOGAWA Yu (TUAT); SHIMAZAKI Nanami (TUAT); YAMAMOTO Akiyasu (TUAT, TITECH)
E-mail: s172422y@st.go.tuat.ac.jp
1．はじめにMgB2 超伝導体[1]は、金属系として最高の 39 K の臨界温度(Tc)を持つことから、ヘリウム沸点以上の高温度(10–20 K)での応用に期待が高まっている。また、超伝導バルク磁石は電磁石と比較して、小型化が可能である[2]。一方、MgB2 の一
般的な合成手法である in situ 法(Mg + 2B → MgB2)では、Mg
溶融時に生じる空隙が反応後も残存し、充填率が低下(~50%)するほか、活性の高い Mg が酸化した MgO 等の不純物が生じる。これらは、実効的な輸送電流パスを制限し、臨界電流密度(Jc)と捕捉磁場の低下につながる。そこで本研究では、高密度かつ高純度な大型 MgB2 バルク体の新しい作製法を開発することを目指し、Mg 気相輸送法(MVT: Mg Vapor
Transportation method)を検討した。

謝辞
本研究は JSPS 科研費若手研究（A）、文部科学省元素戦略
プロジェクトの支援を受けて行ったものである。

Fig. 1 Conceptual diagram of MVT method.

2．実験方法MVT 法の概念図を Fig. 1 に示す。円盤状 MgB2 バルク体の前駆体となる円盤状ホウ素ペレットと Mg 源を分離して配置
し、Mg 源から蒸発した Mg 蒸気を多孔隔壁を介してホウ素部に輸送、拡散・反応させた。ホウ素を円盤状にプレス成型後、不活性雰囲気中で 800℃、72 h の熱処理をすることで直径 20mm、厚み 2 mm の円盤状 MgB2 バルク体を得た。参照とする
in situ 法 MgB2 バルク体は、PICT 法により Mg, B 混合粉末を800℃で熱処理することにより得た。また、MgB2 をホウ素ペレットに添加する Premix 法([3])を応用した Premix-MVT 法により直径約 20 mm、厚み約 5 mm のバルク体を得た。X 線回折により構成相を、SEM・EDX により微細構造・局所組成を、自製磁気特性評価システムにより捕捉磁場を、SQUID VSM とPPMS により Tc と Jc を評価した。

Fig. 2 Appearance and microstructure of MgB2 bulks.
(a) Photograph of a bulk prepared by MVT method.
(b),(c) High magnification secondary electron images forthe samples prepared by in situ (b) and MVT(c) methods.

3．結果と考察MVT 法により作製した MgB2 バルク体の充填率は 80%以上であり、従来の in situ 法と比較して大幅に向上したが、巨視的クラックが生じた(Fig. 2(a) , Fig. 3(a) )。クラックの発生は
MgB2 生成時の体積変化に由来すると考えられる。一方、
Premix-MVT 法で作製した試料では、体積変化が緩和されクラックは生じなかった(Fig.3 (b) )。また、Fig. 2(b),(c) に示すように、in situ 法で作製した試料でみられた数十µm の大きさの空隙が、MVT 法で作製した試料ではみられず、緻密な構造が得られた。粉末 XRD より、MVT 法で作製した試料中の MgO
不純物の割合は約 2 at%であり、in situ 法で作製した試料と比較して約 1/3 に低減したことがわかった。Fig. 4 に示すように、
MVT 法で作製した試料の 20 K における Jc は、in situ 法と比較して 2 倍以上高い 800,000 A/cm2 に達した。これは空隙と不純物が減少し、輸送電流パスが増大したことに由来すると考えられる。試料の捕捉磁場測定結果については当日報告する。
4．結論
高密度かつ高純度な大型 MgB2 バルク体の新しい作製法
として、Mg 気相輸送法(MVT)を考案した。Premix-MVT 法により、従来の in situ 法で作製した試料と比較して高密度でMgO 不純物の少ない試料を作製することに成功した。さらに、
in situ 法の 2 倍の Jc 特性を持つことから、MgB2 バルク磁石合成法として高いポテンシャルがあると期待できる。

Fig. 3 Low magnification secondary electron images forthe samples prepared by MVT method (a) and PremixMVT method (b).

Fig. 4 Magnetic field dependence of critical current
density (Jc) at 20 K for the samples prepared by MVT
and in situ methods.
参考文献
1． J. Nagamatsu et al., Nature 410, 63 (2001).
2． A. Yamamoto et al., Appl. Phys. Lett. 105, 032601 (2014).
3． I. Iwayama et al., Physica C 460, 581 (2007).

― 23 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p04

Y 系プロセス

IBAD‒MgO プロセスに向けた MOD 法による金属基材表面の平坦化
Planarization of metal substrate surface by MOD method for IBAD‒MgO process
廣瀬 湧一，敷田 達也，ジャー アロク，堀出 朋哉，松本 要(九工大)
HIROSE Yuichi, SHIKITA Tatsuya, JHA Alok, HORIDE Tomoya, MATSUMOTO Kaname (Kyushu Institute of Technology)
E-mail: matsu@post.matsc.kyutech.ac.jp

３．実験結果と考察

１．はじめにハステロイ合金等の金属テープ上に 2 軸配向化した中成膜前の表面ラフネス Ra は 200 μm 幅で 16.9 nm、5 μm間層を形成し，REBa2Cu3Oy（REBCO, RE : Rare Earth）超幅で 12.1 nm であったが、8 回の Y2O3 コーティングおよ

伝導層を成膜させ、薄膜テープ線材化する方法が実用化さ

び 500℃の熱処理後で，200 μm 幅で 5 nm 以下、5 μm 幅でれつつある。一般に IBAD‒MgO 層は層厚が 4 nm 程度で1 nm 程度であった。EDX の結果から、Y2O3 薄膜中にはハ最もよく配向するので、金属基板表面ラフネスは 1 nm 程

ステロイ基板の構成元素である Ni が観測されなかったこ

度に抑える必要がある。現在は機械研磨や電解研磨によるとから、Y2O3 層は IBAD-MgO 法に適した表面の平坦化とハステロイ基板の平坦化が主流であるが、より低コストで拡散防止層としての役割を果たしていると言える。図１に仕上げる方法として金属有機化合物分解（Metal Organic

基板表面性状の SEM 写真を示す。この上に IBAD-MgO 層

Decomposition：MOD）法による平坦化手法も検討され始を成膜し，続いて PLD 法によってホモエピタキシャル

めている。そこで本研究では、圧延上がりのハステロイ基

MgO を成膜した。その後，CeO2 層と GdBCO 層も成膜し板上に MOD 法によって Y2O3 アモルファス薄膜層を形成た。図 2 には得られた試料の断面 SEM 写真を示す。各層することでハステロイ金属基板表面を平坦化することをの形成が確認できる。最表面には EDX の分析によれば不検討した。本研究では Y2O3 コーティングを繰り返すこと

要な Ni 等の拡散は確認されていない。今後最適な Y2O3 層でこの目標をクリアすることを目指した。また得られた基形成の確立と共に各層の形成条件の最適化が必要である。

板上には，IBAD 法による MgO 層の形成とともに，中間層や超伝導層の形成も行った。
２．実験方法イットリウムアセテートテトラハイドレート，ジエタア
ノールアミン，メタノール等を混合させて Y2O3 溶液を作製し，この溶液を圧延上がりのハステロイ基板上に，2000
rpm でスピンコートして Y2O3 層を塗布した。その後，不要な有機成分を CO2 や H2O の形で排出させることを目的

図 1 MOD 法による Y2O3 層形成前後の基板表面 SEM 写真。
左図は圧延上がりのハステロイ表面。右図は 8 回 MOD コー
ティング後(500℃熱処理)の基板表面。

として，大気雰囲気中において 500℃で 3 分間の熱処理を行った。この工程を複数回繰り返すことにより基板表面を平坦化した。基板表面のラフネスは DekTak 触針式表面粗さ計を、表面性状の観察には SEM を用いて評価した。また得られた平坦化基板上には，本研究室で所有する IBAD
装置で MgO 層を成膜し、その後 PLD 法により 700℃において CeO2 中間層を，800℃において GdBCO 超伝導層の成膜を行い，それらの結晶性の評価とともに FE-SEM による断面観察等を行った。

― 24 ―

図 2 MOD 法で平坦化した基板上に形成した薄膜
多層構造。

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p05

Y 系プロセス

REGREB 法を用いた SmBa2Cu3Oy 超伝導線材の高速成膜の検討

Investigation of High Speed Deposition of SmBa2Cu3Oy Coated Conductors by the REGREB technique
後藤 大志, 土屋 雄司, 一野 祐亮, 淡路 智(東北大); 松本 要(九工大); 和泉 輝郎(産総研); 吉田 隆(名大)GOTO Daishi, TSUTIYA Yuji, ICHINO Yusuke, AWAJI Satoshi (Tohoku University);
MATSUMOTO Kaname (Kyushu Institute of Technology); IZUMI Teruo (AIST); YOSHIDA Yutaka (Nagoya University)
E-mail: goto-daishi16@ees.nagoya-u.ac.jp

XRD peak intensity ratio

ISmBCO 200 /(ISmBCO 005+ISmBCO 200)×100

J/cm2 程度から、with seed 線材は Eupper =1.8 J/cm2 程度から Jcが低下し始めた。また、各線材で Jc が低下し始めるエネルギ
ー密度で作製した線材の膜厚は、with seed 線材で 150 nm、with seed 線材で 250 nm であった。
これらの結果から、REGREB 法を用いて作製した SmBCO
線材は良好な超伝導特性、結晶性を保ちながらの成膜レートの高速化が可能であることが分かった。さらに、線材作製速度の高速化の可能性が示唆された。REGREB 法を用いた seed
層は線材作製高速化に効果的だと考えられる。
今後は、より高いレーザー繰り返し周波数、より速い線材
速度で REGREB 法を用いて作製した SmBCO 線材の超伝導特性、結晶配向性を評価し、REGREB 法を用いた線材作製
速度の高速化について検討する予定である。
60
with seed
without seed

50
40
30
20
10

0
0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
2
Laser enegy density [J/cm ]Fig. 1 XRD peak intensity ratio between a-axis and c-axis
oriented grains in the SmBCO C.C.s with or without seed layers.
2

Critical current density, Jc [MA/cm ]1. はじめに
REBa2Cu3Oy (REBCO)高温超伝導線材は磁場中臨界電流
密度 Jc の特性が優れる材料として様々な超伝導機器へ応用が期待されている。応用に向けた課題として、REBCO 線材の低コスト化が必要である。特に、REBCO 線材は金属系超伝導に比べ製造プロセスコストが高い。そこで、線材作製速度の高速化が求められている。しかし、代表的な作製法であるパルスレーザー蒸着(PLD)法による REBCO 長尺線材作製時に、レーザー発振エネルギー、発振周波数を大きくし成膜レートを増加させ線材速度を速くすると、線材に a 軸配向粒が発生するため、線材の超伝導特性が維持できない。
これまで、我々は基板上に良好な結晶性を示す REBCO のseed 層を事前に成膜することで、seed 層上に成膜した REBCOの upper 層が比較的広い成膜条件で良好な結晶性を示し、かつ高い Tc 及び Jc を保つ REBCO Growth using REBCO Bufferlayer (REGREB) 法を開発してきた。特に、upper 層をより低い温度で成膜する手法を Low Temperature Growth (LTG)法と呼ぶ[1]。
本研究では、REGREB 法を用いた線材作製速度の高速化を検討するため、高いレーザー発振エネルギー、発振周波数
や速い線材速度で SmBa2Cu3Oy(SmBCO)の upper 層を成膜した中尺線材を評価した。
2. 実験方法
SmBCO 線材は、IBAD-MgO 基板上に KrF エキシマレー
ザー、Reel to Reel System を用いた PLD 法により作製した。また、作製手法として REGREB 法を用いた。ここで、REGREB法を用いた SmBCO 超伝導線材は、seed 層は膜厚 50 nm、成膜温度 850ºC、基板速度 0.28 m/h、レーザー繰り返し周波数
10 Hz、エネルギー密度 Eseed = 1.6 J/cm2 とし、upper 層は成膜
温度 850ºC 、基板速度 0.56 m/h、レーザー繰り返し周波数
80 Hz、エネルギー密度 Eupper = 1.0-2.3 J/cm2 として作製した。
作製した試料の超伝導特性を液体窒素中にて直流四端子法
により測定した。また、X 線回折により線材の結晶構造を同定した。膜厚は誘導結合プラズマ発光分析法を用いて測定した。
試料名は REGREB 法を用いた SmBCO 線材を with seed、
REGREB 法を用いない線材を without seed とそれぞれ表記する。
3．実験結果及び考察
Fig.1 に各線材の成膜時のエネルギー密度に対する a 軸
配向粒混在率を示す。ここで、a 軸配向粒混在率は、‫ܫ‬ௌ௠஻஼ைଶ଴଴ Ȁሺ‫ܫ‬ௌ௠஻஼ைଶ଴଴ ൅ ‫ܫ‬ௌ௠஻஼ைହ଴଴ ሻ とした。 ‫ܫ‬ௌ௠஻஼ைଶ଴଴ 、‫ܫ‬ௌ௠஻஼ை଴଴ହ はそれぞれ SmBCO の a 軸配向粒、c 軸配向粒からの回折ピー
ク強度である。その結果、without seed 線材では、E = 1.6 J/cm2
以上で a 軸配向粒が確認された。一方、with seed 線材はEupper = 1.9 J/cm2 まで a 軸配向粒が現れなかった。したがって、SmBCO 層が c 軸配向するエネルギー密度の上限が、
REGREB 法を用いることで上昇した。これは、REGREB 法を用いた場合、c 軸配向した seed 層上に upper 層がホモエピタ
キシャル成長するため a 軸配向粒の発生が抑えられたと考えられる。
Fig. 2 に各線材の成膜時のエネルギー密度に対する Jc の変化を示す。with seed 線材は without seed 線材よりも全エネ
ルギー密度で Jc が向上した。without seed 線材は E =1.4

1.5

@ 77 K

with seed
without seed

1.0

0.5

0.0
0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
2
Laser enegy density [J/cm ]Fig. 2 Jc at 77 K for the SmBCO C.C.s with or without seedlayers.
謝辞
本 研 究 の 一 部 は , 科 学 研 究 費 補 助 金 (25226014,
15H04252, 15K14301, 15K14302, 16K20898), JST-ALCA, 及
び名大-産総研アライアンス事業から助成を受けて実施したものである。
参考文献[1] S. Miura, et al.: J. Phys: Conf. Ser., 507, 022021(2013).

― 25 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p06

Y 系プロセス

ナノコンポジット薄膜における YBCO/BZO 界面の構造解析
Analysis of YBCO/BZO interface in YBCO nanocomposite film
堀出 朋哉 九工大 ; 亀谷文健 NHMFL ; 松本 要 九工大
HORIDE Tomoya (Kyushu Institute of Technology); Fumitake Kametani(NHMFL);
MATSUMOTO Kaname (Kyushu Institute of Technology)
E-mail: horide@post.matsc.kyutech.ac.jp
1．はじめにYBa2Cu3O7(YBCO)ナノコンポジット薄膜は磁束ピンニングを制御し臨界電流密度(Jc)を向上させるのに有効な構造である。多くの研究者が YBCO ナノコンポジット薄膜中のナノロッド
やナノ粒子に関する研究を行い、高い Jc が報告されてきた。
特にナノロッドは高い Jc を実現するのに有効である。
ナノロッドはパルスレーザー蒸着(PLD)や有機金属気相成
長(MOCVD)により形成される。BaZrO3(BZO)、BaSnO3(BSO)、
BaHfO3(BHO)、Ba2NbYO6 など Ba を有するペロブスカイト酸
化物が YBCO 薄膜においてナノロッドを形成することが知られており、さまざまな構造や特性を有する薄膜が作製されてきた。これまでの多くの研究ではナノロッド直径やナノロッド間隔に着目して磁束ピンニングが議論されてきた。理論的にナノロッド直径やナノロッド間隔が磁束ピンニングに及ぼす影響が議論されており、実験的にもナノロッドを有する YBCO 薄膜ではマッチング磁場効果やピンサイズ効果が観察されている。
またナノロッドの長さも磁束挙動に大きな影響を及ぼすことが知られており、磁場が c 軸に平行な時は c 軸にまっすぐに伸びたナノロッドが最も効果的なピンニンングセンターであると考えられている。ナノコンポジット薄膜においてはこれらよりも小さい 1 nm 以下のスケールの界面や格子欠陥も議論しなければならないことがわかってきた。臨界温度(Tc)や要素ピン力
は(fp)はそれぞれマトリックスや界面の原子スケール構造によって決まっている。実際酸素空孔や界面欠陥の評価等も行われてきており、ナノロッドのピンニンング特性制御には今後重要な視点となってくると考えられる。このような観点から YBCO
ナノコンポジット薄膜におけるマルチスケール構造を解析し、その磁束ピンニンング特性への影響を議論することが必要であると考えている。
本研究ではマルチスケール構造のうち YBCO/BaMO3(BMO)界面に着目する。BMO と YBCO は BaO 面をともに有しているが、格子ミスフィットは 5-10%であり、半導体エピタキ
シャル薄膜で観察されている理想的なコヒーレント界面は得られていないことは明らかである。一方で BaO 面の連続性から界面における原子面の連続性も予測される。このように複雑な構造を有すると考えられる YBCO/BMO 界面は詳細な議論がなされていない。本研究では YBCO/BZO に対する高分解能電子顕微鏡観察や電子状態計算、さらにマトリックスの弾性ひずみ評価を行う。これらの結果をもとに YBCO ナノコンポ
ジット薄膜において YBCO/BMO 界面の構造をモデル化し、磁束ピンニングへの影響を議論することを目的に研究を行った。

3．結果
HAADF-STEM 観察を行った結果、YBCO/BZO 界面から
1 nm 程度の厚さの YBCO において原子構造が乱れている界面層の存在が確認できた。またミスフィット転位が観察され、格子ミスフィットの一部がミスフィット転位により緩和していることが分かった。
図 1 に YBCO(8 unit cells)/BZO(2 unit cells)モデルにおける状態密度の位置依存性を示す [1]。BZO 界面近傍の数ユニットセルにおいて、YBCO の状態密度が、界面から離れた
YBCO の状態密度と大きく異なっている。これは界面近傍の数ユニットセルの領域において YBCO の電子状態が BZO から強く影響を受けていることがわかる。これは HAADF-STEMで観察された原子構造が乱れた界面層の厚みとよく一致しており、BZO からの電子的な影響が原子構造の乱れにつながっていると考えられる。

Fig.1 Position dependence of density of states (DOS) in the
YBCO/BZO model.
参考文献
1. T. Horide et al.: ACS Nano., Vol. 11 (2017) p. 1780

2．実験方法
パルスレーザー蒸着(PLD)を用いて SrTiO3(100)基板上に薄膜作製を行った。ターゲットは YBCO+BZO、YBCO+BSO、
YBCO+BHO とし、BMO 添加量も 0-8.2vol%と変化させた。ナノコンポジット薄膜における YBCO および BMO の格子定数を
X 線回折により評価した。高角環状暗視野走査透過型電子顕微鏡(HAADF-STEM)を用いて YBCO+BZO 薄膜におけるYBCO/BZO 界面を観察し、ひずみ分布の解析も行った。さらに第一原理計算を用いて得られた界面電子状態をもとに界面構造を決定する機構を議論した。

― 26 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p07

Y 系プロセス

間欠回転磁場で作製した RE123 粉末配向体の配向度決定因子

Determination factors of the orientation degrees in RE123 powder samples aligned inmodulated rotating magnetic fields
堀井 滋, 土井 俊哉（JST/A-STEP, 京大）；有本 樹, 野津 乃祐, 西岡 寛広（京大）
HORII Shigeru, DOI Toshiya (JST/A-STEP, Kyoto Univ.);
ARIMOTO Itsuki, NOTSU Daisuke, NISHIOKA Tomohiro (Kyoto Univ.)
E-mail: horii.shigeru.7e@kyoto-u.ac.jp
1．はじめに希土類(RE)系高温超伝導体は液体窒素温度を超える臨
界温度(Tc ~90 K)と磁場下で優れた臨界電流特性を有し、液体窒素で冷却する超伝導送電線や強磁場発生装置への応用が期待されている。しかし、実用化には層状構造および粒間弱結合の問題から二軸結晶配向が求められる。
磁場配向は室温で適用可能なエピタキシー技術を使わな
い 新 し い 三 軸 結 晶 配 向 法 [1,2] で あ る 。 実 用 超 伝 導 物 質
REBa2Cu3Oy (RE123)は斜方晶構造を有し、類縁構造をもつ
高温超伝導体(RE247 相)の結果[2,3]の類推から RE123 の二軸結晶配向が期待される。しかし、RE123 では酸素量 y の増加に伴う正方晶-斜方晶転移により導入される結晶粒内の双晶組織のため、結晶粒レベルで ab 面内方向の磁気異方性が低下・消失の可能性がある。ところが、実際には 10 T の間欠
回転磁場中で RE123 相は二軸結晶配向する[4]。定性的には、双晶組織の形成によって結晶粒内に導入される２種類のドメイン存在比の不均化によるものと考えられるが、よくわかっていない。
本研究では、双晶組織を有する RE123 粉末の面内磁気異方性(面内配向度)の決定因子を明らかにするため、粒度分
布および RE 種に着目した。前者については、7 種類の異なる平均粒径(D, D = 4.5 ~ 46 m、体積加重平均の値)をもつ
Dy123 粉末の磁場配向挙動を調べた。また、後者については、
1 イオン磁気異方性が異なる Y, Dy, Er イオンを含み、磁化容易軸が異なる RE123 粉末配向体を様々な磁場印加条件で作製し、高配向度を実現する条件を調べた。
2．実験方法
通常の固相反応法を用いて、REBa2Cu3Oy (RE=Y, Dy, Er)を合成した。なお、本焼成プロセスは圧粉成型したのちに行い、本焼成後は十分に酸素アニールを行った。また、
メノウ乳鉢で粉砕したものを磁場配向用に粉末とした。
一部、遊星式ボールミルによる微細化した粉末も作製した。これらの粉末を用いて、粉末：エポキシ樹脂＝1：10の重量比で混合し、試料回転方式の間欠回転磁場(Fig. 1
参照)下で、室温にて配向させた。得られた粉末配向体の
、、各面の X 線回折(XRD)パターンから磁化軸を、ロッキングカーブおよび極点図[(103), (005)]から配向状態を明らかにした。
3．結果および考察
一例として、図 2 に 1 T の間欠回転磁場下で配向させた
Dy123 粉末配向体の(103)極点図を示す。なお、用いたDy123 粉末の平均粒径(D)は、図 2(a)および 2(b)でそれぞれ 46 m および 9.2 m である。1T 以上の磁場条件では、粒度分布によらずどの粉末配向体でも 4 回対称のスポットを持つ(103)極点図が得られ、大まかにはどの粒径でもDy123 粉末は二軸配向することがわかった。しかし、図 2からわかるように、D = 46 m の配向体と比べて、D =9.2
m の配向体において回折ピークがよりシャープであり、高い配向度を示した。配向エネルギーの観点では粒径が大きいほど有利であるにも関わらず、相反する結果が得られた。この結果は、二次粒子の形成など、粒子の詳細を明らかにする必要があることを示している。
高臨界電流密度をもつ RE123 材料の実現には、二軸配向や緻密化(焼結)も重要となる。緻密化を考慮すると、粒径がサ
ブm~数m 程度の粒子を用いる必要がある。図 2(b)で示したように、遊星ボールミルを用いた Dy123 微粉末でも十分な配向度が得られたことから、本研究により磁場中コロイドプロ
セス＋緻密化での RE123 の材料化が見通せるようになった。

当日は、7 種類の異なる平均粒径をもつ Dy123 粉末を用いた結果を示すとともに、各種 RE123 粉末配向体について、0Ha、回転速度、静止時間(t1)の変化に対する配向度の変化についても報告する。
謝辞
本研究の一部は、科学研究費助成事業(17H03235)の助成を受けて実施したものである。
参考文献
1. Kimura et al., Langmuir 22 (2006) 3464.
2. Fukushima, Horii et al., Appl. Phys. Exp. 1 (2008) 111701.
3. Horii et al., J. Appl. Phys. 115 (2014) 113908.
4. Horii et al., SuST 29 (2016) 125007.

Fig.1 Experimental configuration in a modulated rotation
magnetic field (MRF).

Fig.2 (103) pole figures at  plane for Dy123 powder samples
aligned in MRF of 1 T. [D = (a) 46 m and (b) 9.2 m]― 27 ―

第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p08

Y 系プロセス

Hot-wall PLD による人工ピン導入 REBCO 線材の開発
Development of BMO doped REBCO coated conductors by the Hot-wall PLD technique
藤田 真司, 柿本 一臣, 五十嵐 光則, 平田 渉, 吉田 朋, 武藤 翔吾, 飯島 康裕, 直江 邦浩（フジクラ）;
淡路 智（東北大）; 木須 隆暢（九大）
FUJITA Shinji, KAKIMOTO Kazuomi, IGARASHI Mitsunori, HIRATA Wataru, YOSHIDA Tomo, MUTO Shogo,
IIJIMA Yasuhiro, NAOE Kunihiro (FUJIKURA); AWAJI Satoshi (Tohoku Univ.); KISS Takanobu (Kyushu Univ.)
E-mail: shinji.fujita@jp.fujikura.com
1．はじめにフ ジ ク ラ で は IBAD/PLD 法 を 用 い た 高 品 質 な 長 尺
REBa2Cu3Oy(REBCO)線材の製造，開発を行っている．近年，
我々は磁場中 Jc を向上させるため，Hot-wall 方式の PLD 装置を用いた人工ピン導入 REBCO 線材の開発を行っており，
成膜条件最適化の結果，数 10 m 長で量産ピンなし線材と同程度の Ic 均 一を有する 線材が得ら れ てい る [1-2] ． 今回
Hot-wall PLD 方式で作製した BHO 導入 EuBCO 線材について，磁場中特性の REBCO 膜厚依存性を調査した．

サンプルと同程度であり，膜厚依存性も同様の傾向であった．
蒸着速度の速い成膜条件で 300 m 長の線材を作製し，人工ピンを導入していない量産線材と同程度の長手 Ic 均一性を確認した．
Table 1 Specifications of BHO doped EuBCO samples.
Index
A-1
A-2
A-3
B-1
B-2
B-3

2．線材作製
75 m 厚，12 mm 幅の Hastelloy®テープ上に IBAD-MgO
層を含む中間層薄膜を成膜した基板上に，人工ピンとして
BaHfO3 を 3.5 mol%ドープした EuBCO ターゲットを使用してHot-wall PLD 装置で REBCO 層を成膜した．REBCO 層上には Ag を 2 m スパッタ蒸着した．PLD 成膜条件として，蒸着速度が(A) 5～6 nm/sec，(B) 20～30 nm/sec の 2 つの条件を適用し，膜厚をそれぞれ約 1～6 m の範囲で 3 サンプルずつ作製した．サンプルの諸元を Table 1 に示す．さらに長尺線材として Table 1 の B-2 と同条件で 300 m 長の線材を作製した．
3．評価方法
フォトリソグラフィーおよびウェットエッチングにより 30 μm程度×1 mm 長のマイクロブリッジを形成したサンプルを，Heガスで冷却し，磁場を印加して四端子通電法で I-V 測定を行った．臨界電流 Ic の電界基準は 1 V/cm とし，10 mm 幅換算
Ic [A/cm]は測定した Ic に，77.3 K, self-field におけるブリッジ
加工前後の Ic 比を掛けて算出した．
4．結果
横軸を REBCO 膜厚として，各サンプルの 30 K, 7 T における B // c の Ic（Ic(c))と，Ic の磁場角度依存性における最小値（Ic(min.))を Fig. 1 に示す．どちらの成膜条件のサンプルも膜厚が厚くなるに従って Jc が低下しているが，この傾向は 77.3
K, self-field における Ic の膜厚依存の傾向と同じである．成膜条件 A のサンプルでは Ic(c)が Ic(min.)より高くなっているが，成膜条件 B のサンプルは Ic(c)と Ic(min.)がほぼ同じであり，その値は成膜条件 A のものと同程度である．従って，Ic(min.)に着目すれば，どちらの成膜条件も同程度の特性となり，生産性を考慮すると成膜条件 B の方が実用的である．
成膜条件 B で作製した 300 m 長の線材の TapestarTM による長手方向の Ic(77.3K,s.f.)分布を Fig. 2 に示す．REBCO 膜
厚は 2.6 m，線材端部の通電 Ic(77.3K,s.f.)は 574 A/12mmであった．Ic 分布の標準偏差÷平均値で定義した Ic 均一性は2.6%であり，人工ピンを導入していない長尺線材と同程度の均一性が得られた．
5．まとめ
異なる蒸着速度で作製した BHO 導入 EuBCO 線材について，磁場中 Ic の REBCO 膜厚依存性を調査した．その結果，蒸着速度が遅ければ B // c の Ic は向上するが，30 K, 7 T では Ic の磁場角度依存性における最小値は，蒸着速度の速い

Deposition
Condition
A
A
A
B
B
B

Thickness
[m]
0.9
2.2
5.1
1.1
2.4
6.2

Ic(77.3 K, self-field)[A/12mm]
346
599
845
339
580
1006

Fig. 1 REBCO thickness dependence of Ic at 30 K, 7 T. The
closed symbols indicate the values of Ic at B // c, and the open
symbols indicate the minimum values in the magnetic field
angle dependence of Ic.

Fig. 2 Longitudinal Ic distribution of a EuBCO-BHO tape withlength of 300 m.
謝辞
この成果の一部は，国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の助成事業の結果得られたも
のである．
参考文献
[1] S. Fujita et al., Abstracts of CSSJ Conference, Vol. 93(2016) p.142.
[2] Y. Iijima et al., IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 27,
No. 4, (2017) 6602804.

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第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p09

Y 系プロセス

ナノロッドを形成する Ba2SmNb2O6 と BaHfO3 を添加した
SmBa2Cu3Oy 超電導膜の微細組織と超電導特性
Microstructures and superconducting properties of SmBa2Cu3Oy superconducting films
added Ba2SmNb2O6 and BaHfO3 formed nanorods
一瀬 中（電中研）；草深 佑真，一野 祐亮，土屋 雄司，吉田 隆（名大）ICHINOSE Ataru (CRIEPI); KUSAFUKA Yuma, ICHINO Yuske, TSUCHIYA Yuji, YOSHIDA Yutaka (Nagoya Univ.)
E-mail: ai@criepi.denken.or.jp
1．はじめに
REBa2Cu3Oy (RE:希土類元素)超電導体は液体窒素温度において磁場中の臨界電流密度の低下が緩やかであることから，液体窒素温度での応用が期待され，線材化研究が精力的に行われた 1。しかし，超電導の異方性が大きいため，磁場を結晶の c 軸方向に印可すると，ab 軸方向に印可した場合に比べて，臨界電流密度の低下が著しい。これを解決するために，超電導体の c 軸方向に量子化磁束の動きを止める
nm レベルの不純物ナノロッドを挿入する人工ピンニングセン
ター（人工ピン）の研究が行われてきた 2, 3。ナノロッドを形成する材料に Ba を含んだペロブスカイト構造(ABO3，Ａ：Ｂａ)を基本構造とする材料の一群がある。ペロブスカイト構造の B
金属の種類を変えると，ナノロッドの径，ナノロッドの直線性等のナノロッドの形態が変化することが知られている。ナノロッドの形態は，材料を変えるだけでなく，成膜条件の中で特に作製温度によって大きく変化することが知られている。また，同様な構造を有する BaTiO3，BaCeO3 はナノロッドを形成しな
い 4。このように，ナノロッドの形態制御は添加する材料を変えることで容易に制御できると考えられる。今回は，作製方法は同条件で，径の太いナノロッドを形成するダブルペロブスカイ
ト 構 造 の Ba2SmNbO6 と 径 の 細 い ナ ノ ロ ッ ド を 形 成 す る
BaHfO3 の 2 種類の不純物材料を添加した超電導膜 5 の内部組織および超電導特性を調べた。
2．実験方法ナノロッドを挿入した SmBa2Cu3Oy 膜は Nd:YAG レーザ
ー（266 nm）を用いてターゲット交換による PLD 法で作製した。不純物材料の添加量は，照射パルス数を制御し，8.5
vol% BaHfO3，32 vol% Ba2SmNbO6 とした。得られた膜をブリッジ加工して，四端子法で臨界電流特性を測定した後，ブリッジ部分から集束イオンビーム装置を用いて透過電子顕
微鏡観察用の試料を作製した。内部組織は，透過型電子顕微鏡(JEM-2100F) を用いて断面・平面組織の観察およびエネルギー分散型 X 線分析により元素分析を行った。

3．結果および考察
図 1 の (a) に 8.5vol% BaHfO3 ， (b) に 32vol%
Ba2SmNbO6 ， (c) に 8.5vol% BaHfO3 と 32vol%
Ba2SmNbO6 を添加した SmBa2Cu3Oy 超電導膜の平面
STEM 像を示す。BaHfO3 のナノロッド径は約 10nm と細く，
Ba2SmNbO6 のナノロッド径は約 30～40nm と太いことが図1(a)，(b)よりわかる。2 種類のナノロッド材料を添加した平面
STEM 像の図 1(c)より，細い径のナノロッドと太い径のナノロッドが混在していることがわかる。そのため，STEM 像からは 2
種のナノロッド材料が，それぞれのナノロッドを形成し，径の異なるナノロッドが共存したように思われる。しかし，EDX による
元素マッピングを行った結果，細いナノロッドおよび細いナノ
ロッドのそれぞれから Hf と Nb の 2 つの元素が検出され，また，径の大きさに関わらずナノロッドの中心に Nb，輪郭に Hfが分布することがわかった。したがって，図 1(c)に示した径の異なるナノロッドは BaHfO3，Ba2SmNbO6 でないことがわかった。現在のところ，このように２種の元素が混在し，径の異なるナノロッドが形成する要因は明らかになっていない。一方，臨界電流特性に関しては，ナノロッドの組成に関係なく，形態によって決まるため，太いナノロッドと細いナノロッドが混在することに対応した臨界電流特性を示した。当日，臨界電流特性について報告する。
参考文献
1. NEDO：超電導応用基盤儀中研究開発（第Ⅱ期）成果報
告書，平成 20 年
2. J. L. Macmanus-Driscoll, et al.：Nat. Mater. 3, (2004) pp.

439-443

3. 松本 要，戦略的創造研究推進事業 CREST，「ナノ組織制御による高臨界電流超伝導材料の開発研究終了報告書」，平成 20 年
4. 一 瀬 中 ， 他 : 日 本 金 属 学 会 誌 第 74 巻 第 7 号(2010)409-415.
5. Y. Kusafuka, et al.: Abstracts of CSSJ Conference, Vol. 93(2016) p.88

Fig. 1 Plan-view STEM image of SmBa2Cu3Oy superconducting films added (a) 8.5vol% BaHfO3, (b) 32vol% Ba2SmNbO6 and(c) 8.5vol% BaHfO3 and 32vol% Ba2SmNbO6, respectively.

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第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会

1B-p10

Y 系プロセス

LTG 法により作製した BaHfO3 添加 SmBa2Cu3Oy 超伝導線材における臨界電流のひずみ特性の評価
Strain effect on critical current of BaHfO3-doped SmBa2Cu3Oy coated conductors
fabricated with LTG technique
森 舜介, 道木 裕也, 土屋 雄司, 一野 祐亮 (名大)；菅野 未知央 (KEK)；和泉 輝郎 (産総研)；吉田 隆 (名大)MORI Shunsuke, DOKI Yuya, TSUCHIYA Yuji, ICHINO Yusuke (Nagoya Univ.);
SUGANO Michinaka (KEK); IZUMI Teruo (AIST); YOSHIDA Yutaka (Nagoya Univ.)
E-mail: mori.syunsuke@f.mbox.nagoya-u.ac.jp
緒言
REBa2Cu3Oy(REBCO: RE = Y 及び希土類)超伝導体は、従来型超伝導体と比較して臨界電流密度 Jc や臨界温度 Tc が高いことから強磁場超伝導機器に応用する材料として適している。また、我々の研究グループでは低温成膜(LTG:
Low Temperature Growth)法を用いて作製した BaHfO3(BHO)
添加 SmBCO 薄膜が、人工ピンニングセンター(APC)の導入により低温(20~40 K)・強磁場中において優れた Jc を示す
ことを報告してきた[1]。
一方で、低温・強磁場下での REBCO 線材の機器応用には、フープ応力などの機械的応力を考慮する必要がある。
そのため、超伝導線材のひずみ特性の評価は非常に重要であるが、APC を導入した REBCO 線材のひずみ特性の系統的な評価は報告が少なく[2]、77 K 以下の低温における評価はされていない。
そこで本研究では、20~40 K の低温における APC を導入した REBCO 線材のひずみ特性の新たな知見を得ることを目的として、LTG 法を用いて作製した APC を導入した線材の低温における臨界電流 Ic のひずみ特性の評価を行った。

一方、図 1 に示すように、BHO 添加 SmBCO 線材では温度に対して εp が変化しなかった。Usami らは BHO 添加
GdBCO 線材の Ic-ε 特性について、粒界に成長した BHO に
より Ic,gb が小さくなり、巨視的な Ic が Ic,gb で制限されている可能性があると報告している[5]。つまり、本研究の BHO
添加 SmBCO 線材でも同様に粒界に BHO が成長し Ic,gb が低下したことによって、巨視的な Ic が常に Ic,gb により決定されたために、εp が温度に対して変化しなかったと考えられる。
今後、単結晶・バイクリスタル基板を用いた LTG-SmBCO
薄膜の Ic-ε 特性の測定により、BHO 添加による Ic-ε 特性への影響を詳細に調査する必要がある。

-0.2
Peak-Strain, p[%]

1.

2.

実験方法
Nd:YAG パルスレーザー蒸着法において Reel to Reel 装
置で LTG 手法を用いて、IBAD-MgO テープ上に BHO を添加した SmBCO 線材の作製を行った。レーザーのエネルギ
ー密度及び繰り返し周波数を 2.5 J/cm2 及び 10 Hz、seed 層
及び upper 層の成膜温度をそれぞれ 830 C 及び 780 C とし、90 Pa の酸素雰囲気下で成膜を行った。このとき、BHOの添加量を 0~2 vol%とした。
Ic ひずみ特性の測定は、4 点曲げ試験法とヘリウムガス
フロークライオスタットを組み合わせて自己磁場中、測定
温度 20~77 K、印加ひずみ ε = - 0.35~0.35%の範囲で行った。
3.

実験結果及び考察
図 1 に無添加 SmBCO 線材及び BHO 添加 SmBCO 線材
において、ε に対して Ic がピークを示すピーク歪み (p)の測定温度依存性を示す。εp は Ic-ε 特性を式(1)に示す関数によってフィッティングし算出した。

Ic 
I c,max 1  a(   p )2(1)

ここで、a はひずみ感受性を示す。
図 1 に示すように、無添加 SmBCO 線材では低温ほど εpが圧縮側にシフトした。この原因は粒内 Ic (Ic,g)及び粒界 Ic(Ic,gb)の大小関係が変化し巨視的な Ic の決定機構が変化したためであると考えられる。Ic,gb は圧縮側に εp を持つことが報告されている[3]。また、Ic,g と比較して Ic,gb は温度依存性が小さく、77 K で Ic,g と Ic,gb が同程度であることが報告されている[4]。以上から、無添加 SmBCO 線材では低温でIc,gb、高温で Ic,g と Ic,gb と、巨視的 Ic の決定要因が移り変わるため、低温ほど εp が圧縮側にシフトしたと考えられる。

-0.4
-0.6
non-doped
BHO-doped

-0.8
20

30

40 50 60
Temperature [K]7080

Fig.1 Measurement temperature dependence of Peak-Strain (εp)
for non-doped and BHO-doped SmBCO CC.

謝辞
本研究の一部は, 科学研究費補助金(25226014, 15H04252,
15K14301, 15K14302, 16K20898), JST-ALCA, 及び名大-産総研アライアンス事業から助成を受けて実施したものである。
参考文献[1] S. Miura et al.: APL Mater. 4 (2016) 016102.
[2] T. Usami et al.: IEEE Trans. Appl. Supercond. 26 (2016)
8400104.
[3] D.C. van der laan, T.J. Haugan, P.N. Barnes: Phys. Rev. Lett.
103 (2009) 027005.
[4] A. A. Polyanskii et al.: Phys. Rev. B 53 (1996) 8687.
[5] T. Usami et al.: Supercond. Sci. Technol. 29 (2016) 075003.

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第94回

2017年度春季低温工学・超電導学会