特 性 の 評 価

平 成¹⁵年²月²¹日

YBCO-coated

線 材 の 広 範 囲 電 界 領 域 に お け る

特 性 の 評 価

松 下 研 究 室 福 元 陽 介 は じ め に 液 体 窒 素 温 度 で 超 伝 導 体 と な る こ と の 出

来 る 酸 化 物 超 伝 導 体 の う ち^Y系 の 超 伝 導 体 は 特 に 高 温 高 磁 界 中 で の 特 性 が 優 れ て い て、 そ の 応 用 に 向 け た 研 究 が 盛 ん に 行 わ れ て い る。 本 研 究 で 用 い たYBCO-coated線 材 で は、 近 年 実 用 レ ベ ル に 近 い 臨 界 電 流 特 性 を 持っ た 長 尺 の 線 材 も 開 発 さ れ、 そ の 応 用 が 期 待 さ れ て い る。 応 用 の 際 に 重 要 と な る 特 性 の 一 つ に に 臨 界 電 流 密 度 が あ る。 臨 界 電 流 密 度 と は 超 伝 導 体 に 電 流 を 流 し た 際 に 最 初 に あ る 電 界 が 発 生 す る と き の 電 流 密 度 の こ と で あ る。 こ れ は 実 際 の 使 用 に 際 し て ど こ ま で 電 流 が 流 す こ と が 出 来 る か の 指 標 と な る た め 非 常 に 重 要 な 値 で あ る。

し か し 各 応 用 に よっ て 超 伝 導 体 が 置 か れ る 電 磁 気 的 環 境 が 異 な る た め、 発 生 す る 電 界 の 値 は 異 な る。

例 え ば^NMRで は 極 め て 高 い 磁 界 の 安 定 度 が 要 求 さ れ る た め、 電 流 を 流 し た 際 に 発 生 す る 電 界 も 極 め て 小 さ な 値 と な る。 一 方 電 力 輸 送 用 の ケー ブ ル で は 交 流 で の 使 用 と な る た め、 発 生 す る 電 界 も^NMRに 比 べ る と 高 い 値 と な る。 こ の よ う に、 各 応 用 ご と で 発 生 す る 電 界 が 異 な る た め 臨 界 電 流 特 性 も そ れ ぞ れ の 応 用 に 即 し た も の が 必 要 と な る。 し た がっ て、

各 応 用 を 全 て 含 ん だ 広 い 電 界 領 域 で の^E-J特 性 を 測 定 し、 そ れ を 定 量 的 に 評 価 す る こ と は 非 常 に 意 味 の あ る こ と で あ る と 言 え る。YBCO-coated線 材 に お い て は 商 用 周 波 数 の 交 流 応 用 に 対 応 し た 低 電 界 領 域 で の 特 性 は す で に 評 価 さ れ て い る た め、 本 研 究 で は^SQUID磁 力 計 を 用 い た 磁 化 緩 和 測 定 よ り 超 低 電 界 領 域 の 特 性 評 価 を 行っ た。 そ こ か ら 分 か る

E-J 特 性 を 磁 束 ク リー プ・ フ ロー モ デ ル を 用 い て 理 論 的 に 解 析 し、 さ ら に^{E /Jn}と し た と き のⁿ値、

見 か け の ピ ン・ ポ テ ン シャ ル^U0³の 評 価 も 行っ た。

実 験 試 料 は 株 式 会 社 フ ジ ク ラ で 製 作 し た^YBCO-

coated線 材 で あ る。 中 間 層 の 配 向 に は^IBAD法 を、

超 伝 導 層 の 成 膜 に は^PLD法 を 用 い て い る。^IBAD 法 と は 線 材 の 基 板 と 超 伝 導 層 の 間 に あ る 中 間 層 を 高 度 に 配 向 す る こ と の 出 来 る 技 術 で、 こ れ に よっ て そ の 上 に 成 膜 さ れ る 超 伝 導 層 も 非 常 に よ く 配 向 し た も の が 得 ら れ る。 試 料 は 超 伝 導 層 の 膜 厚 が^{1 m}、 サ イ ズ は 幅 が^2.74mm、 長 さ が^2.04mmと なっ て い る。 磁 化 緩 和 測 定 は^SQUID磁 力 計 を 用 い、 始 め に 十 分 な 強 さ の 磁 界 を 加 え る こ と で、 時 間 と と も に 緩 和 し て い く 磁 気 モー メ ン ト^mを い ろ い ろ な 温 度、

お よ び^1Tか ら^{6 T}ま で の 磁 界 範 囲 で 測 定 し た。 そ こ か ら 求 ま る^mの 値 と そ の 時 間 変 化 か ら^E-J特 性 を 評 価 し た。

結 果 及 び 検 討 ^SQUID磁 力 計 に よっ て 求 まっ た 磁 化 緩 和 の デー タ か ら^E-J特 性 を 求 め た。 そ の 結 果 を 図

1、 図²に 示 す。 図 の 点 線 は 磁 束 ク リー プ・ フ ロー モ デ ル に よっ て 求 まっ た 理 論 値 で あ る。^{1002 V/m}付 近 の 低 電 界 領 域 は 四 端 子 法、^{1008 V/m}付 近 の 超 低 電 界 領 域 は^SQUID磁 力 計 に よっ て 求 め ら れ た デー タ で あ る。 四 端 子 法 に よ る デー タ が 少 な い の は、 高 い^Jに よ る 電 流 端 子 で の 発 熱 の た め 温 度 が 安 定 せ ず 正 確 な 測 定 が で き な かっ た か ら で あ る。 四 端 子 法 で は 実 験 デー タ と 理 論 値 で ず れ が 見 ら れ る が、 超 低 電 界 領 域 は 非 常 に よ く 説 明 で き る こ と が 分 かっ た。

n値 は 大 き い ほ ど 良 い と さ れ て い る が、 最 も 大 き い

と こ ろ で お よ そ³⁵程 度 で、 温 度、 磁 界 が 上 が る に 従 い 急 激 に 下 がっ て い く こ と が 分 かっ た。 実 用 超 伝 導 線 材 で のⁿ値 は⁵⁰程 度 と 言 わ れ て お り、 そ う いっ た 意 味 で は 実 用 的 に は ま だ 厳 し い と い う こ と が 言 え る。^U0³を^Bi-2223と 比 較 し た と こ ろ、^YBCO の 値 は 非 常 に 大 き く、^YBCOが 高 い ピ ン・ ポ テ ン シャ ル を 持 つ こ と が 分 かっ た。 ま た^E-J特 性 の 理 論 値 か ら 求 め た^U0³は、 実 験 値 に 非 常 に 近 い 傾 向 を 示 し た。

ま と め 本 研 究 で は、 四 端 子 法 と^SQUID磁 力 計 用 い てYBCO-coated線 材 の 広 範 囲 電 界 領 域 で の^E-J 特 性 の 評 価 を 行っ た。 超 低 電 界 領 域 で の 特 性 は 磁 束 ク リー プ・ フ ロー モ デ ル に よっ て よ く 説 明 で き る こ と が 分 かっ た。ⁿ値 は 最 も 高 い と こ ろ で³⁵程 度 の 値 を 持 つ が、 そ の 値 は 磁 界、 温 度 の 上 昇 と と も に 著 し く 低 下 し た。^U0³の 値 は^Bi-2223と 比 べ て 非 常 に 大 き く、 高 い ピ ン・ ポ テ ン シャ ル を 持 つ こ と が 分 かっ た。 こ れ は^YBCOと^Bi-2223の ピ ン 力、 次 元 性 の 違 い を 示 す も の で あ る。

10⁹ 10¹⁰

10⁻⁵ 10⁰

40 K Relaxation

1 T 2 T 3 T 5 T 6 T

4 probe

4 T

Theory

J ( A / m² )

E ( V / m )

図^{1 40:0K}で の^E-J 特 性。

10⁹ 10¹⁰

10⁻⁸ 10⁻⁶ 10⁻⁴ 10⁻² 10⁰

50 K Relaxation

1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T

4 probe

Theory

J ( A / m² )

E ( V / m )

図^{2 50:0K}で の^E-J 特 性。