( O E
0 6
u ( Q )
図 2.3:表 面 に お け る 変 位 復 元 力 曲 線 の 数 値 計 算 結 果 。
33
2.2直 流 磁 化 測 定 を 用 い た Campbell法 の 較 正 方 法
の 半 周 期
( 0
I"Vπ )
が最初の周期(一π
I"V0 )
と対称、となるのならば、単純込 = t f y m ω
山( 2 . 5 )
と し て 求 め る こ と が で き る 。 様 々 な d/2入
b
の 場 合 に 刈 の 交 流 磁 界 依 存 性 の 数 値 計 算 結 果 を 用 い て( 1 . 4 1 )
式 よ り 求 め た Jcχの 値 を 図2 . 2
に示す。( 1 . 4 1 )
式 か ら 評 価 す る 方 法 は 薄 い 超 伝 導 体 試 料 に お い て も 他 の 測 定 方 法 に 比 べ て 真 の 臨 界 電 流 密 度 の 値 に 近 い こ と か ら 、 こ の 方 法 が 有 効 で あ ることカぎわかる。以 上 、 臨 界 電 流 密 度 の 評 価 の 点 か ら Campbell法 に つ い て 理 論 的 に 調 べ た 。 そ し て 通 常 の 入'‑Hm特 性 か ら 求 め る 方 法 で は dj2
祐 < 5 . 5
の 場 合 に 量 子 化 磁 束 の 可 逆 運 動 に よ り 臨 界 電 流 密 度 の 過 大 評 価 を 招 く こ と が 分 か つ た 。 変 位 ー 復 元 力 曲 線 か ら 臨 界 電 流 密 度 を 求 め る 方 法 は 評 価 す る 場 所 に よ り 臨 界 電 流 密 度 が 異 な る の で 適 切 で は な い 。 基 本 波 交 流 帯 磁 率 を 用 い た 近 似 式 の み が 比 較 的 正 確 な 臨 界 電 流 密 度 の 値 を 与 え た 。 し たがって、 d/2泌 が 小 さ い と き に Campbell法 を 使 っ て 臨 界 電 流 密 度 を 求 め る と き に は 過 大 評 価 を 補 正 す る 方 法 が 必 要 と な る 。2 . 2 直 流 磁 化 測 定 を 用 い た Campbell 法 の 較 正 方 法
本 節 で は 具 体 的 な 試 料 を 用 い て Campbell法 の 測 定 を 行 い 臨 界 電 流 密 度 を 評 価 し た 。 前 節 で 指 摘 し た よ う に 、 量 子 化 磁 束 の 可 逆 運 動 が 顕 著な際には Campbell法 で は 臨 界 電 流 密 度 の 過 大 評 価 を 引 き 起 こ す 。 し た が っ て 、 こ こ で は 直 流 磁 化 測 定 法 と 併 用 す る こ と に よ り 正 確 な 臨 界 電 流 密 度 を 評 価 す る こ と を 目 的 と し て い る 。 す な わ ち 過 大 評 価 の 割 合
はd/2川 の 値 さ え わ か れ ば
( 2 . 2 )
式 に よ っ て 与 え ら れ る が 、 一 方 で d/2入b
の値は (1.37)式 よ り 直 流 磁 化 の マ イ ナ ー 曲 線 の 勾 配
S
を 測 定 す る こ と に よ り 得 ら れ る 。 こ う し て 臨 界 電 流 密 度 の 過 大 評 価 を 補 正 す る こ と が 可 能 と な る 。 ま た ク ラ ッ ク が あ る 熔 融 法 試 料 に お い て は 後 述 す る よ う34
2.2直 流 盛 化 測 定 を 用 い た Campbell法 の 較 正 方 法
に 等 価 的 に 二 種 類 の し ゃ へ い 電 流 が 存 在 す る こ と に な る 。 し た が っ て こ の 二 種 類 の し ゃ へ い 電 流 を Campbell法 に よ り 分 離 し て 評 価 す る 方 法 に ついても述べる。
2 . 2 . 1
熔 融 法Y‑Ba‑Cu‑O
に お け る 量 子 化 磁 束 の 可 逆 運 動本 章 で 用 い る 試 料 は Y‑Ba‑Cu‑O酸 化 物 超 伝 導 体 で あ る 。 こ の 材 料 は
1987年 に Chuら の グ ル ー プ に よ り 発 見 さ れ [30]、 一 連 の 酸 化 物 超 伝 導 体 に お い て 初 め て 常 圧 に お け る 液 体 窒 素 の 沸 点 (77.3K)を 超 え る 臨 界 温度('"
9 0 K)
を 示 し 注 目 を 集 め た 。 初 期 の 頃 は 焼 結 法 に よ り 試 料 が 作 製 さ れ た た め に 、 充 填 率 が 低 く 、 ま た 結 晶 粒 間 の 結 合 が 非 常 に 悪 く 、 臨 界 電 流 密 度 は 低 か っ た 。 そ の 後 、 い わ ゆ る 熔 融 法 を 用 い て 臨 界 電 流 密 度 は 顕 著 に 改 善 さ れ て き た 。 熔 融 法 に は MTG(MeltTextured Growth)法[31
、 ]
MMTG(ModifiedMelt Textured Growth)法 [32ト
QMG(Quench and Melt Growth)法 [33ト
MPMG(MeltPowder Melt Growth)法 [34]など が あ り 、 そ れ ぞ れ 詳 細 な 作 製 工 程 は 異 な る が 、 い ず れ の 方 法 も 11000C
前 後 で の 部 分 熔 融 プ ロ セ ス が あ り 、 こ こ で YBa2Cu307の 結 晶 軸 を そ ろ え た 結 晶 成 長 を 行 う こ と が で き る 。 し た が っ て 組 織 は 綴 密 に な り 、 結 晶 軸 が そ ろ っ て い る こ と か ら 電 流 を 妨 げ る 不 均 一 部 分 が 少 な く 、 臨 界 電 流 密 度 を 向 上 さ せ る こ と に 役 立 つ て い る 。 ま た 、 熔 融 法 の 試 料 に お い て は 組 成 を 調 整 し て 微 細 な Y2BaCu05(211相 ) 粒 子 を 生 成 さ せ る こ と に より、 α
‑ b
面 聞 に 入 る ク ラ ッ ク を 防 止 し 、 高 温 に お い て 有 効 な ピ ン ニ ン グ ・ セ ン タ ー と し て 作 用 さ せ て い る 。 こ の よ う な こ と で 熔 融 法 試 料 で は 焼 結 法 の も の に 比 べ て 臨 界 電 流 密 度 が 格 段 に 向 上 し た 。し か し な が ら そ れ ら の 値 は 単 結 品 の 薄 膜 で 報 告 さ れ て い る 値 に 比 べ て い ぜ 、 ん と し て 低 い 。 こ の 原 因 と し て は ク ラ ッ ク や 弱 結 合 と い っ た 欠 陥 が 試 料 内 に 残 っ て い る こ と が 考 え ら れ て い る 。 酸 化 物 超 伝 導 体 で は 一 般 にc軸 が 仏 b軸 に 比 べ て 数 倍 程 度 長 く 、 高 温 で 反 応 生 成 さ せ た 後 に 低 温 に冷やすと c軸 方 向 の 熱 収 縮 が 大 き く 、 α‑b面 に 沿 っ て ク ラ ッ ク が 入 り や す い 。 ま た 熔 融 法 の 試 料 は 低 温 、 低 磁 界 に お い て は 高 い 臨 界 電 流 密 度 を 示 す も の の 、 温 度 上 昇 に よ り 急 激 に 臨 界 電 流 密 度 が 低 下 す る
[ 3 5 ] 0
35
2.2直 流 磁 化 測 定 を 用 い た Campbell法 の 較 正 方 法
こ れ は 弱 結 合 部 分 が あ り 、 そ こ の 超 伝 導 性 が 急 激 に 失 わ れ て い る も の と 考 え ら れ て い る 。 欠 陥 に よ り 臨 界 電 流 密 度 が 制 限 さ れ て い る と い う 考えは
2 1 1
相 に よ る 常 伝 導 粒 が ピ ン ニ ン グ ・ セ ン タ ー と し て 働 く と い う 理 論 的 な 予 想 値 よ り も 実 際 に 測 定 さ れ た 値 が 小 さ い と い う こ と か ら も 支持されている[ 3 6 ] 0
こ の よ う な 欠 陥 が 試 料 内 に 存 在 し て い る と き に は 内 部 の 磁 束 分 布 は 図2.4の よ う に な る [28]。 こ の 図 に お い て は 外 部 の 磁 界 を 減 少 さ せ て い る こ と を 想 定 し て い る 。 ク ラ ッ ク が 無 け れ ば 、 試 料 か ら の 磁 束 の 排 出 は 高 い し ゃ へ い 電 流 に 阻 ま れ て 表 面 付 近 に し か 起 こ ら な い 。 し か し 、 ク ラックが試料内に分布しているときには、磁束はクラックを通じて容易 に試料外に排出されてしまうので、局所的には高いしゃへい電流があり な が ら 全 体 と し て は 磁 束 分 布 の 勾 配 は 緩 や か に な る 。 こ の よ う な 緩 や か な 分 布 の 勾 配 は バ ル ク の 輸 送 臨 界 電 流 密 度 に 相 当 す る 。 こ の 場 合 、 従 来 か ら 行 わ れ て い る 直 流 磁 化 法 に よ り 評 価 さ れ る 臨 界 電 流 密 度 は 、 真 の 局 所 の 臨 界 電 流 密 度 と は 異 な る 。 直 流 磁 化 法 で は し ゃ へ い 電 流 が 試 料 内 に 均 一 に 流 れ て い る と 仮 定 し て い る の で 、 評 価 さ れ る 臨 界 電 流 密 度 は 輸 送 臨 界 電 流 密 度 と 局 所 の 臨 界 電 流 密 度 の あ る 種 の 平 均 値 と な
るからである
[ 1 6 ] 0
局 所 の 臨 界 電 流 密 度 は 磁 束 ビ ン ニ ン グ カ に 直 接 に 結 び 付 い て お り 、 磁 束 ピ ン ニ ン グ 機 構 の 定 量 的 な 解 析 や 高 温 度 で の 超 伝 導 体 の 応 用 を 検 討するのに必要で、ある。したがって、局所の臨界電流密度を正確に評価 する事は非常に重要である。
一方 Campbell法を用いると、このようにクラックを含む Y‑Ba‑Cu‑O 試 料 に お い て 、 交 流 磁 界 の 振 幅 を 増 加 さ せ て 行 く と 、 振 幅 が 小 さ い と
き に は ク ラ ッ ク か ら の 磁 束 の 侵 入 が 大 き い の で 、 磁 束 の 侵 入 深 さ は 急 激 に 増 加 し 、 ク ラ ッ ク を 通 じ て の 磁 束 の 侵 入 が 終 る と 緩 や か な 磁 束 の 侵入となる。したがってクラック密度が高く磁束の侵入の差が顕著なと き に は 磁 束 分 布 は 二 つ の 傾 き を 持 つ こ と が あ る 。 こ の 場 合 輸 送 臨 界 電 流 密 度 と 局 所 の 臨 界 電 流 密 度 の 二 つ の 臨 界 電 流 密 度 は 磁 束 侵 入 の 分 布 の 傾 き か ら 分 離 す る 事 が で き る 。 し か し 、 そ の よ う な 試 料 で は 超 伝 導
36
2.2直 流 磁 化 測 定 を 用 い たCampbell法 の 較 正 方 法
↑
J寸
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