成長環境がTFA-MOD (Y,Gd) BCO 線材の超伝導特性に及ぼす影響

成 膜 大 学 理 工 学 研 究 報 告 J,Fac,Sci,Tech.,Sei/keiUniv. Vo1.49No.2(2012)pp.127-134

成 長 環 境 がTFA-MOD(Y,Gd)BCO線

材 の 超 伝 導 特 性 に 及 ぼ す 影 響

小 峯 拓 也*1,川 口 亮*1,3,羽 鳥 慎 也*1,3,高 野 大 樹*1,三 浦 正 志*2,3

INFLUENCE OF CONVERSION CONDITION ON SUPERCONDUCTING PROPERTIES IN

TFA-MOD (Y,Gd)BCO COATED CONDUCTORS

Takuya

KOMINE*1,

Ryo KAWAGUCHI*13,

Shinya

HATORI*13,

Daiki

TAKANO*',

Masashi

MIURA*2'3

ABSTRACT : The Trifluoroacetates-Metal

Organic Deposition (TFA-MOD) (Y,Sm)Ba2Cu3O,, (YSmBCO)

coated conductors (CCs) have showed higher critical current densities (Jo) compared with YBa2Cu3O,,

(YBCO) CCs. However, the optimum conditions of the maximum heating temperatures

(T) and the

oxygen partial pressures (P02) to get high self-field J0 (JS.f.) values (more than 3.0[MA/cm2]) of the

YSmBCO CCs is narrow. Therefore, the YSmBCO CCs is unsuitableness

to produce a long coated

conductor. In this study, we fabricated the TFA-MOD YGdBa2Cu3O,, (YGdBCO) CCs with different T and

P0, to investigate the influence of these fabrication conditions on superconducting properties of CCs. We

confirmed that the optimum conditions of T-P02 to get the high Jes f values of the YGdBCO CCs are wider

than that of the YSmBCO CCs. From XRD patterns, the fraction of a-axis oriented grains at the low T

region for the YGdBCO CCs is lower than that for the YSmBCO CCs.

Keywords

: high temperature

superconductor,

Y077Gdo23Ba2Cu3O,,, TFA-MOD process, critical current density

(Received September 21, 2012)

1.は じ め に

酸 化 物 高 温超 伝 導 物 質 が発 見1)さ れ て か ら数 十 年 が 経

過 した 。 当 初 は よ り高 い 温 度 で超 伝 導 特性 を 示 す 新 しい

物 質 の 探 索 や 特 性 評 価 の 基礎 研 究 が 進 め られ て い た 。 近

年 で はFig.1に 示 す よ うにco2排

出 量 削 減 や 環 境 負 荷 低

減,資 源 の 有 効 利 用 の た め,電 力 機器 応 用 に 関 す る実 用

化 ・事 業 化 に 向 け て 世 界 中で 超伝 導 線 材 の 研 究 開 発 が 行

わ れ て い る2・3)。

特 に本 研 究 で は,超 伝 導 電 カ ケ ー

一

一

ブル,

超 伝 導 変圧 器,超 伝 導 電 力貯 蔵 装 置(SMES)や

磁 気 共 鳴 画

像 診 断(MRI)装 置 な どへ の応 用 に 向 け た研 究 を行 っ て い

る。超 伝 導 線 材 の 中で も,YBa2C30ア(YBCO)線

材 に 代 表

され る希 土 類 系 酸 化 物 高 温超 伝 導(REBa2Cu30顕REBCO

(RE=RareEarth))線

材 は 高 い 臨 界 温度(T、)を有 す るた め,

*1・ 大 学 院 理 工 学 研 究 科 大 学 院 生 *2・ 大 学 院 理 工 学 研 究 科 准 教 授(masashi _-m@st .seikei.acjp) *3:(独)科 学 技 術 振 興 機 構ALCA 〒102-0076東 京 都 千 代 田 区 五 番 町7番 地K's五 番 町 ALCA-JapanScienceandTechnologyAgency(JST),K'sGobancho, 7,Gobancho,Chiyoda-ku,Tokyo102-0076Japan 安 価 な 液 体 窒 素 化(@77[K])に お い て 高 い 臨 界 電 流 密 度 (Jc)を 示 す 。そ の た め,こ のREBCO線 材 は 高 い 」、が 求 め ら れ る電 力 機 器 へ の 応 用 が 期 待 され て い る。 こ のREBCO線 材 の 作 製 方 法 の 一 つ にMOD(Metal OrganicDeposition)法 が あ る 。 こ のMOD法 は 溶 液 塗 布, 仮 焼 成,本 焼 成 を介 し て 結 晶 化 す る方 法 で あ り,装 置 コ ス トが 他 の 手 法 に 比 べ て 低 く,原 料 高 収 率 で あ る こ と か ら 低 コ ス ト化 が 期 待 で き る方 法 で あ る 。 特 に,有 機 酸 塩 と し てTFA塩(Trifluoroacetates)を 用 い るTFA-MOD法 は, 高 い 超 伝 導 特 性 が 得 られ や す い 特 長 を 有 す る4'5)。 電 力 機 器 応 用 に は 磁 場 中 で の 更 な る 高」、特 性 が 重 要 で あ り,そ の 主 な 手 法 と し て は 人 工 ピ ン ニ ン グ 点(Artificial PirmingCenter;APC)の 導 入 と 自 己 磁 場Jc(」,s・f)を上 げ る 方 法 が あ る。Jcsfを 上 げ る 手 法 の1つ と し て はYの 一 部 を 別 のREに 置 換 す る こ とで 超 伝 導 特 性 が 向 上 す る こ とが 報 告 され て い る6)。TablelにTFA-MOD法 を 用 い て 作 製 され た YBCO,ま たYの 一 部 をSmで 置 換 し たYo77Smo23Ba2C30ア (YSmBCO)線 材 のTc,Jl,s'fの 値 を 示 す7)。 図 よ り,YBCO 線 材 に 比 べYSmCBO線 材 は 高 いT、,Jcsfを 示 す こ と が わ か

る。 ま た,Fig.2に 示 す よ うに 高 い ゐsfを 示 すYSmCBO線 材 がYBCO線 材 に 比 べ 高 い 磁 場 中Jc特 性 を 示 す こ と が 確 認 で き る7)。 ま た,電 力 機 器 応 用 に は 長 尺 で 高 性 能 な 線 材 の 開 発 も 必 要 不 可 欠 で あ る8)。 前 述 し たTEA-MOD法 で は,長 尺 か つ 低 コ ス トな 線 材 の 開 発 が 可 能 で あ り,実 際,Table2 に 示 す よ う に こ のTEA-MOD法 を 用 い て 数 百mの 長 尺 で 数 百Aと 高 特 性 が 得 られ て い る9)。 し か し,長 尺 線 材 を 作 製 す る 際 の 課 題 と し て 長 時 間 に わ た っ て 同 じ作 製 環 境 (焼 成 温 度(乃,酸 素 分 圧(Po2),水 蒸 気 分 圧(PH20)等)を 維 持 す る こ と が 難 し い こ と が あ げ ら れ る 。 そ の た め 作 製 環 境 が 変 化 し て も 高 」、を 得 る こ と が 出 来 る,広 い 作 製 ウ ィ ン ド ウ を 有 す る材 料 の 選 択 が 必 要 不 可 欠 で あ る 。 Tablelに 示 し た よ うに,YBCO線 材 に 比 べT。,Jcsfと も に 高 いYの 一 部 をSmに 置 換 さ せ たYSmBCO線 材 で の 作 製 ウ ィ ン ド ウ は 報 告 さ れ て い る6)が,高 いJcsfを 得 ら れ る 作 製 ウ ィ ン ド ウ は 狭 く,長 尺 化 に は 不 向 き で あ る 。 そ こ で,本 研 究 で はTEA-MOD法 を 用 い てYの 一 部 をGdに 置 換 さ せ たYo77Gdo23Ba2C30y(YGdBCO)線 材 の 作 製 時(本 焼 時)に お け るTとPo2を 変 化 させ,そ れ らが 超 伝 導 特 性 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 し た 。 ITER etl・el''"

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Fig.lMainapplicationsofsuperconductingpowerand magnetiCteClmOIOgieS2).

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TablelT,andJ,s'fforYBCOandYSmBCOCCs7). los 雪 芝 重。. 守 lo4 lDl23456 Ma隅"eticfietdl'「1 Fig.2Magneticfielddependenceof/lat77Kf()rYBCO andYSmBCOCCs7).

2.線

材 作 製 及 び 評価 方 法

YGdBCO線 材 はPLD-CeO2ABAD-Gd2Zr207/Y203/MgO LLMOLHastelloyTMC276基 板 上 に 原 料 溶 液 を 塗 布,仮 焼, 本 焼 成 を行 っ た 。IBAD-Gd2Zr207/Y203/MgO/LMO中 間 層 の 膜 厚 は0.13[μm]で あ る 。CeO2層 の 膜 厚 は1.0[μm],面 内 配 向 性 は ■ρ=∼1[deg,],■ω=∼3[deg.]で あ る 。原 料 溶 液 は Y-,Gd-,Ba-TEA塩 お よ び,Cu一 オ ク チ ル 酸 を0.77:0.23:1.5:3 比 で 混 合 させ 作 製 した 。 仮 焼 条 件 は 水 蒸 気 分 圧(PH20)を 10[vol%],酸 素 気 流 中 に500[℃]ま で5℃/minの 昇 温 速 度 で 焼 成 を 行 っ た 。そ の 後,得 られ た 線 材 をPH2010[vol%], Po210'4∼10'3[atm]の ア ノレ ゴ ン ガ ス 雰 囲 気 下 に お い て 700∼760[℃]で 本 焼 成 を 行 っ た 。 本 焼 後 の 膜 厚 は0.6[pm] で あ る 。 作 製 し た 線 材 は,結 晶 構 造 をX線 回 析(XRD)法 を 用 い て 評 価 し た 。T、,Jc特 性 は 四 端 子 法 を 用 い て,電 気 抵 抗 値 の 電 流 一電 圧 特 性(閾 値1[μV/cm])か ら算 出 した 。

3.実

験 結 果 及 び 考 察

Sample T、[K] 」csf[MA/cm2] YBCO YSmBCO 89.5 90.1 2.8 3.4 Table2R&Dtrendindevelopmentofsuperconduct血g wiresat77K,self-field9). ManufactUreror institute

Ic[A/cm]

Length 五[m] AMSC SWCC 466 310 540 500 3.1作 製 ウ ィ ン ドウ Fig3に 作 製 したYGdBco線 材 の 作 製 ウ ィ ン ド ウ,ま た 報 告 さ れ て い るYSmBCO線 材 の 作 製 ウ ィ ン ドウ を 示 す6)。 こ こ で 示 すYGdBCO,YSmBCO線 材 の 領 域 は 」,s'f≧ 3.0[MA/cm2]の 領 域 で あ る 。YSmBCO線 材 は 焼 成 温 度 740∼800[℃],Po2=10'35∼10'30[atm]の 領 域 で3.0[MA/cm2]以 上 を 示 す が,YGdBCO線 材 は 焼 成 温 度700-760[℃], Po2=IO'4・o∼IO'30[atm]とYSmBCO線 材 に 比 べ て 作 製 ウ ィ ン ド ウが 広 い こ と が 確 認 され た 。 ま た,Fig.4にYSmBCO線 材 の み の 作 製 ウ ィ ン ド ウ を 示 す6)。 図 か ら,高 温 ・低 酸 素 分 圧 側 で は 不 純 物 で あ るBaCeO3,低 温 ・高 酸 素 分 圧 側 で は 電 流 を 遮 断 す るα軸 配 向 相 の 生 成 に よ り高 いJcsfが 得 ら れ な い こ と が 分 か る。次 節 か ら今 回 作 製 したYGdBCO線 材

成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告

Vol.49No.2(2012.12)

に お い て もJcsf低 下 の 要 因 と考 え られ るBaCeO3やa軸 配 向 相 に つ い て,YSmBCO線 材 と 比 較 し考 察 す る 。 800 _780

2

2760 ε 田 K740 暮 ←720 700 104 10'「s Po21atml 0 Fig.3Windowofopt㎞umconditionsof処Po2togethigh J』sf(≧3,0[MA/cm2])forYSmBCO6)andYGdBCO CCs. (a)YGdBCO ぎ 一50 3

の

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…72。

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800 BaCcoミ 混 在 領 域78〔, 算 Y760 舞 三74。 ,§ F 720 7(10 1〔}『1 Optil11しIlll(、o盲1〔1iIi{〕11 〔ノ じ'暫3、O〔M八.cm⊃1〕 1(1-、s P〔}21a重ml 1〔}" Fig4WindowofdifferentconditionsofT-Po2for YSmBCOCCs6). 3.2YGdBCO線 材 のBaCeO3生 成 率

Fig.5にYGdBCO線 材 とYSmBCO線 材6)のBaCeO3生 成 率 を 示 す 。 図 よ り ど ち ら の 線 材 も 高 温 ・低 酸 素 分 圧 側 で 数%と 同 程 度 で あ る こ と が わ か る 。 ま た,Fig5(b)の 挿 入 図 に 示 す よ うにYSmBCO線 材 は 高 温 ・低 酸 素 分 圧 に な る に つ れ てBaCeO3生 成 率 が 高 く な っ て い る こ と か ら, YGdBCO線 材 も さ ら に 高 温 ・低 酸 素 分 圧 で 焼 成 し た 場 合 に は 同 様 の 傾 向 が 見 ら れ る と 考 え ら れ る 。 高 温 ・低 酸 素 分 圧 条 件 の 場 合,陽 イ オ ン(BaとCe)の 拡 散 率 が 増 加 す る こ と か らPo2の 減 少 に 伴 っ てBaイ オ ン が 活 性 化 す る6)。 活 性 化 す る こ と でCeO2層 と 反 応 し て BaCeO3が 生 成 さ れ る と 考 え ら れ る 。Fig6にBaCeO3が 生 成 さ れ た と き の 線 材 の 断 面 透 過 型 電 子 顕 微 鏡(TEM)画 像 を 示 すlo)。 図 よ りBaCeO3上 にYBCOが 生 成 さ れ て い る が,界 面 エ ネ ル ギ ー一一な ど を 考 慮 す る と,BaCeO3はYBCO 成 長 後 にCeO2層 と 反 応 し生 成 さ れ る と考 え られ る 。

(b)YSmBCO

50 40 0 2   ゴ . し' ` -oo 30 20 m o 7 ︻Σ 。 9 × ( (り 。 。 )。 U 国 、 ・う ざ (。 。 N )暢 。 ① U 弼 ざ (。 。 N )門 。 ① U 弼 箇 ﹂ 5 4 ぎ ︼ 。 。 円 × ( 6 巳

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Fig.51nfluenceofTandPo20nformationofBaCeO3for (a)YGdBCO,(b)YSmBCO6)CCs.Insetfigureof (b)isdifferentscaleof丘actionofBaCeO3.Fraction ofBaCeO3wascalculatedfromXRDpeakintensity ofBaCeO3(200),YGdBCO(006)andYSmBCO(006), respectively. baO・2脾m Fig.6Cross-sectionalTEMimageofYBCOCCslo).

3.3YGdBCO線 材 の ∂ 軸 配 向 相 混 在 率 Fig.7にYGdBCO線 材 とYSmBCO線 材6)の α軸 配 向 相 混 在 率 を 示 す 。 図 よ り,ど ち ら と も 低 温 ・高 酸 素 分 圧 側 でa軸 配 向 率 が 高 く な る 傾 向 に あ る。 し か し,YGdBCO 線 材 は 全 体 的 にα軸 配 向 相 混 在 率 が 低 い こ と が 確 認 で き る 。 こ れ は 以 下 の よ うに 考 察 で き る 。 a軸 配 向 相 の 生 成 メ カ ニ ズ ム を 考 察 す る た め に,Fig.8の よ うな 擬 ホ モ エ ピ タ キ シ ャ ル 核 生 成(QHEN)モ デ ルll)の 模 式 図 を 考 え る。CeO2層 上 に 数 十 皿1程 度 の 極 薄o軸 配 向層 が (a)YGdBCO ま

ぎ5・

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13。

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(b)YSmBCO

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Fig.7Fractionofa-axisorientedphasesfbr(a)YGdBCO, (b)YSmBCO6)CCswithdifferentTandPo2. Valuesofverticalaxis血figurewerecalculatedfrom ratioofXRDpeak血tensityofYGdBCO(200), (006)andYSmBCO(200),(006),respectively. 成 長 し て お り,そ の 後TやPo2な どに よ りα軸 配 向 かc軸 配 向 の ど ち ら か が 決 ま り,REBCO膜 成 長 は2次 元 核 (2-(㎞ensionalnucles;2D)成 長 す る と 仮 定 す る 。 こ の モ デ ル はPLD法 に お け る モ デ ル で あ るが,Fig.9のTEM画 像 に示 す よ う にTEA-MOD法 に お い て もc軸 配 向 層 上 にa軸 配 向 す る こ とが 確 認 され て い る12)た め,こ の モ デ ル を 用 い て 考 察 す る 。 な お こ こ で は,(YRE)BCOと して で は な く,(YRE)BCO 中 のREBCO(GdBCO,SmBCO)の み に つ い て 考 え る 。 ∠一 一＼

み

ノ Fig.8PattemdiagramsofQuasi-Homo-EpitaxialNucleation (QHEN)modelll).Insetfigureisaschematicdiagram ・f・ 艦 碧m.

慮

選"

ゐ Fig.9Cross-sectionalTEM㎞ageofα 一axisorientedgrains forYBCOCCsi2). REBCO結 晶 が 成 長 す る と き の 半 径 をr,高8hの2D核 生 成 時 の 系 のGibbsの 自 由 エ ネ ル ギ ー 変 化 量 ∠G(r)は,結 晶 成 長 の 駆 動 力 で あ る化 学 ポ テ ン シ ャ ル 差 」μを 用 い て πhr2 △G(・)=一 互 △μ+2・h・a・ ・de+・r2a…+・ ・2曙朧m 一πr2a(_{。。、)(1)} で 表 さ れ る 。こ こ でvl23はREBCO格 子 分 の 体 積,σt。p,as、d,, 曙器 碧mお よ びa(OOI)は2D結 晶 核 の 上 面,側 面,c軸 配 向 層 一2D核 界 面 お よ びREBCO(001)面 の 単 位 面 積 あ た り の 表 面 自 由 エ ネ ル ギ ー を 表 す 。Fig.loにAG(r)のr依 存 性 を 示 すll)。 図 よ り,Fr*に お い てAG(r)は 最 大 値 を 示 し, そ れ 以 上 に な る と減 少 す る。 これ は,熱 揺 ら ぎ が エ ネ ル

成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告

Vol.49No.2(2012.12)

ギ ー一一障 壁AG*を 越 え た と き に,r>r*の 大 き さ を 持 っ た 核 が 生 成 さ れ,ダが そ れ 以 上 に な る と 急 速 に 成 長 す る こ と を 意 味 す る 。 こ の と き のr*,AG*を そ れ ぞ れ 臨 界 核 半 径 臨 界 核 の 核 生 成 エ ネ ル ギ ー と 呼 び, 。・v・23hσ ・・d・(2) hAμ 一V、23(σ、。P+瑠 幽m一 σ(。。、)) πV、23(ha。ide)2(3) ZIG*= h∠μ 一 ・、23(at。P+ら 贈m一 σ(。。、)) で 表 す こ と が 出 来 る 。 Fig.llにREBco薄 膜 の 極 薄o軸 配 向 層 上 に お け るc軸 配 向 及 びa軸 配 向 核 生 成 時 のAG*の ∠μ依 存 性 を 示 すll)。図 に お い てc軸 配 向 及 びa軸 配 向 核 生 成 のAG*が 逆 転 す る 」μを 」μ*とす る 。」μ*を境 に 」μが 小 さ い 場 合 に はc軸 配 向 す る 際 の 臨 界 核 生 成 エ ネ ル ギ ー一一が 低 く,c軸 配 向 相 が 生 成 さ れ や す い と 考 え ら れ る 。 ま た,」 μが 高 い 場 合 に は α 軸 配 向 す る 際 の 臨 界 核 生 成 エ ネ ル ギ ー が 低 く,α軸 配 向 相 が 生 成 さ れ や す い と 考 え ら れ る 。 化 学 ポ テ ン シ ャ ル 差 」μは Aμ 一k・Tl・(P(T)尾(τ))(・) で 表 され,こ こ でkBはBoltzma皿 定 数,Tは 温 度,P(乃 及 びP,(乃 は そ れ ぞ れREBCOの 蒸 気 圧 及 び 平 衡 蒸 気 圧 を 示 す 。 ま た,P、 の は

尾(・)一 伽(一

箒)(・)

で 表 す こ と が 出 来,Tpは 包 晶 温 度,C,Aは 比 例 定 数 で あ る 。 こ の 式 か らう に よ っ て 」μが 変 化 す る こ と が わ か る 。 Table3にGdBCO,SmBCO線 材 のTpを 示 す13)。 表 よ り GdBCOはSmBCOに 比 べTpが 低 い こ と か ら,(4)(5)式 よ り

∠G('う

∠G*

0 no-nuclcation

nUdeation

△μGd<△ μSm

₍₆₎

と な る 。 Figl2にGdBCO及 びSmBCO線 材 の ∠μとTの 関 係 を 示 す 。 図 よ りTpの 差 か らGdBCO線 材 の 方 が,よ り低 い 温 度 で もα軸 配 向 相 が 生 成 され に く い こ と が わ か る 。以 上 の こ と か ら,YGdBCO線 材 は 低 温 側 で もa軸 配 向 相 混 在 率 が 低 く,高 いJcsfを 得 る こ と が 可 能 で あ る と 考 え ら れ る。 Table3PeritecticdecompositiontemperatureforGdBCOand sml3COCCsl3). Fig.10rdependenceof∠G(r)fornucleationii). 1016 三10且7 も 『 1018 Peritecticdecompositiontemperature (ろ)[℃] 1-・sm・Nedfi1・]1[ilii・

一

一 ・・n・・dfiim・1 且019 且020101Y101s Aμ[Jl Fig.ll∠IG*asafunctionof∠1μinREBCOCCsll).

三

ミ

﹁

{跳 低 低 一 一SmBCO -GdBCO

Ti℃1

高 Fig.12Relationshipbetween∠1μandTforYGdBCOand YSmBCOCCs. 3.4最 適 条 件 下 に お け るYGdBCO線 材 のlc及 び 」,s・f Sample Table4にYGdBCO及 びYSmBCO線 材6)のT、,ゐsfを 示 す 。YGdBCO線 材 の 最 適 条 件 下(720[℃],10'35[atm])に お い てT、,tJ,s'fは90.5[K],4.3[MA/cm2]とYSmBCO線 材 よ り も 高 い こ と が 確 認 さ れ た 。 SmBCO GdBCO 1300 1350

Table4T,andJ,s'fofoptimumconditionforYGdBCOand YSmBCOCCs6). Table6Latticeconstantf()rYBCO. YGdBCOCCs. YSmBCOand Sample T[℃]Po2[atm]Tc[K]JJ,s・f[MA/cm2] YSmBCO760 YGdBCO720 10'35 10'35 90,1 905 3.4 4.3 Sample α Latticeconstant[A] ろ c 一 般 的 にGdBCOに 比 べSmBCOの 方 が 高 いT 、,ノ」,s'fを示 す こ と が 知 られ て い る 。Table4にREの イ オ ン 半 径, REBCO超 伝 導 体 の 包 晶 温 度13)お よ びT。14'17)を示 す 。 ま た,Table5に α,碑由及 びc軸 の 格 子 定 数18・19)を示 す 。Table 5よ りイ オ ン 半 径 が 大 き く な る に 従 いREBCOのTpは 高 く な り,T、 が 高 く な る 傾 向 に あ る 。 ま た,Table6よ りイ オ ン 半 径 が 大 き く な る に 従 いa,ろ,c軸 長 が 長 く な る こ と が 分 か る 。 し か し,YGdBCOとYSmBCOを 比 較 す る と SmBCOの 包 晶 温 度 が 高 い に も 関 わ ら ずT、はYSmBCO線 材 よ り高 い 。 こ れ は,GdがSmよ り もBaと 置 換 し に く い か ら と 考 え ら れ る 。REの イ オ ン 半 径 がGdよ り も 大 き く, Baの イ オ ン 半 径(O.143nm)に 近 いREBCOはREがBaサ イ トへ 置 換 しREI+xBa2.xCu30yで 表 され る 置 換 型 固 溶 体 を 形 成 す る 。REBCOは キ ャ リア 濃 度 に 依 存 し てTcが 変 化 し, RE/Ba置 換 が 起 こ る こ と でCuO2面 の ホ ー一一ル 濃 度 が 減 少, T、が 低 下 す る20'22)。 ゆ え に,Gdよ り も イ オ ン 半 径 が 大 き いSmがRE/Ba置 換 しTcに 影 響 を 与 え た た め,YSmBCO線 材 よ り もYGdBCO線 材 の 方 が 高 いT、を 示 す と 考 え ら れ る 。 ま た,YGdBCO線 材 のノcsfが高 い 理 由 と し て は 以 下 の よ うな こ と が 考 え ら れ る 。 磁 束 ク リー プ が な い と 仮 想 し た 場 合 の 」、0は23) /。・-A(・-E)MB・ 一・(・一 訂(・) で 表 さ れ る 。こ こ でA,m,γ,δ は ピ ン ニ ン グ パ ラ メ ー一一タ, B、2は 上 部 臨 界 磁 場 で あ る 。(7)式 よ りT、が 高 い ほ ど」、oも 高 い 値 で あ る こ と が 分 か る 。 ゆ え に,YSmBCO線 材 よ り も 高 いT、を 示 すYGdBCO線 材 の 方 が 高 いul,s・fを示 す と 考 え ら れ る 。 YBCO SmBCO GdBCO 3.82 3,85 3,84 3,88 391 390 ll,66 11,73 11,70 Table510nicIadius,peritecticdecompositiontemperaturel3) andT。14'17)forYBCO,YSmBCOandYGdBCO CCs. 4.ま と め 本 研 究 で は,長 尺 線 材 を作 製 す る 際 に 必 要 不 可 欠 で あ る 広 い 作 製 ウ ィ ン ド ウ を 有 す る 材 料 の 選 択 を 目 的 と し, YGdBCO線 材 の 異 な る本 焼 時 の 焼 成 温 度 及 び 酸 素 分 圧 に よ る影 響 を 検 討 し た 。 ま た,YSmBCO線 材 と 比 較 し,そ の 優 位 性 を 検 討 し た 。 そ の 結 果,YGdBCO線 材 は 広 い 作 製 ウ ィ ン ド ウ を 有 し て い る こ と が 確 認 され た 。 高 温 低 酸 素 分 圧 側 で はBaCeO3生 成 率 はYGdBCO線 材,YSmBCO 線 材 と も に 数%と 同 程 度 で あ っ た 。 低 温 ・高 酸 素 分 圧 側 で はYGdBCO線 材 はYSmBCO線 材 よ り もa軸 配 向 混 在 率 が 低 い こ と が 確 認 さ れ た 。α軸 配 向 混 在 率 が 低 い 理 由 と し て は,成 長 モ デ ル よ りYの 一 部 をGdで 置 換 す る こ と で 化 学 ポ テ ン シ ャ ル 差(」 μ)が低 く な り,低 温 で もc軸 配 向 し や す く な っ た と 考 え られ る。 ま た,最 適 条 件 下 に お い て Tc,ゐsfは905[K],4.3[MA/cm2]と 高 い 値 が 確 認 され た 。 今 後,今 回 作 製 し たYGdBCO線 材 の 長 尺 化,機 器 応 用 が 期 待 さ れ る 。 5.謝 辞

本研 究 の 一部 は,成 瞑 大 学 理 工 学 部 特別 研 究 費 の 助 成

を 受 け て行 わ れ た もの で あ る。 ま た,一 部 はJST戦 略 的

創 造研 究 推 進 事 業ALCAの

一 環 と して 行 わ れ た もの で あ

る。 超 電導 工 学研 究 所 に お け る研 究 は,新 エネ ル ギ ー ・

産 業 技 術 総 合 開 発 機 構(NEDO)の

委 託 に よ っ て 実 施 され

た もの で あ る

線 材 評価 に 関 して ご協 力頂 きま した,高 木裕 司 氏 を は

じめ とす る超 電 導 工 学研 究所

線 材 研 究 開発 部 の皆 様 方

に感 謝 申 し上 げ ます 。

SampleIonicradius[㎜] _ろ[℃] T、[K] YBCO SmBCO GdBCO 0.102 0,105 0,108 1280 1300 1350 895 91 93

参考文献

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superconductivityiltheBa-Lu-Cu-Osystem",Z.Phys.

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成 践 大 学 理 工 学 研 究 報 告

Vol.49No.2(2012.12)

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