DE112017007199T5 - Supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial, supraleitender Oxid-Dünnschichtdraht und Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht - Google Patents

Supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial, supraleitender Oxid-Dünnschichtdraht und Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht Download PDF

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Jun-ichi Shimoyama
Genki Honda
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Abstract

Ein supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial beinhaltet: ein Metallsubstrat mit einer Oberfläche mit einer biaxial orientierten Kristallorientierungsstruktur, eine biaxial orientierte und auf dem Metallsubstrat gebildete Zwischenschicht und eine supraleitende Oxid-Dünnschicht, die auf der Zwischenschicht gebildet ist und aus einem Oxid-Supraleiter auf RE123-Basis besteht, der durch REBaCuOdargestellt wird. Die supraleitende Oxid-Dünnschicht beinhaltet Br (Brom).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial, einen supraleitenden Oxid-Dünnschichtdraht und ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht.
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 9. März 2017-044978 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-044978 , deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • In den letzten Jahren wurde ein supraleitender Oxid-Dünnschichtdraht entwickelt, bei dem eine supraleitende Dünnschicht auf einem Metallsubstrat gebildet wird. Bei dem supraleitenden Oxid-Dünnschichtdraht wird die Dünnschicht, die aus einem Oxid-Supraleiter, wie einem Oxid auf RE123-Basis, besteht, beispielsweise auf einem Metallsubstrat gebildet. Das Oxid auf RE123-Basis wird durch REBa2Cu3Oy (RE: Seltenerdelement; Ba: Barium; Cu: Kupfer; O: Sauerstoff) dargestellt. Um eine hohe kritische Stromdichte Jc zu realisieren, müssen Oxid-Supraleiterkristalle mit biaxialen Orientierungen ausgerichtet werden.
  • Eines der Verfahren zur Herstellung einer solchen supraleitenden Oxid-Dünnschicht ist ein Verfahren zur organischen Metallablagerung (MOD). Bei dem MOD-Verfahren wird die Dünnschicht wie folgt gebildet: eine Ausgangsmateriallösung, die durch Lösen der jeweiligen organischen Säuresalze von RE, Ba und Cu erhalten wird, wird auf ein biaxial orientiertes Metallsubstrat aufgebracht, um eine aufgebrachte Schicht zu bilden, und dann wird gesintert, um einen Oxid-Supraleiter epitaktisch zu wachsen. Das MOD-Verfahren ist grob unterteilt in ein TFA-MOD-Verfahren (Metal Organic Decomposition using Trifluoro-Acetates), bei dem ein organisches Metallsalz einschließlich Fluor für eine Ausgangsmateriallösung verwendet wird, und ein FF-MOD-Verfahren (Fluor-free Metal Organic Deposition), bei dem ein organisches Metallsalz ohne Fluor für eine Ausgangsmateriallösung verwendet wird.
  • Um Jc in einem Magnetfeld zu verbessern, wird eine supraleitende Oxid-Dünnschicht, die nach dem FF-MOD-Verfahren gebildet wird, offenbaren z.B. die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-174564 (Patentliteratur 1) und die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-174565 (Patentliteratur 2) jeweils ein Verfahren zum künstlichen Bilden eines nanogroßen Magnetfluss-Pinning-Punktes (nachfolgend „Pinning-Zentrum“ genannt) im Oxid-Supraleiter, um zu verhindern, dass sich ein nanogroßer Quanten-Magnetfluss unter dem Magnetfeld in den Oxid-Supraleiter bewegt.
  • Um den kritischen Strom Ic durch Erhöhung der Schichtdicke einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht zu verbessern, die beispielsweise nach dem FF-MOD-Verfahren gebildet wurde, offenbaren sowohl die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-122847 (Patentliteratur 3) als auch die japanische Patentoffenlegungsschrift und Nr. 2015-106521 (Patentliteratur 4) jeweils ein Verfahren zur Erhöhung der Schichtdicke einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht unter hervorragender Beibehaltung der biaxialen Orientierung eines Oxid-Supraleiterkristalls durch Zugabe von Cl (Chlor) zu einer Ausgangsmateriallösung.
  • ZITIERUNGSLISTE
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-174564
    • Patentliteratur 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-174565
    • Patentliteratur 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-122847
    • Patentliteratur 4: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2015-106521
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ein supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet: ein Metallsubstrat mit einer Oberfläche mit einer biaxial orientierten Kristallorientierungsstruktur, eine biaxial orientierte und auf dem Metallsubstrat gebildete Zwischenschicht und eine supraleitende Oxid-Dünnschicht, die auf der Zwischenschicht gebildet ist und aus einem Oxid-Supraleiter auf RE123-Basis besteht, der durch REBa2Cu3Oy dargestellt wird. Die supraleitende Oxid-Dünnschicht beinhaltet Br (Brom).
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform eines supraleitenden Oxid-Dünnschicht-Bildungsgrundkörpers zeigt, der für eine supraleitende Oxid-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines supraleitenden Oxid-Drahtes gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
    • 3A zeigt ein REM-Bild einer Oberfläche einer supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht gemäß einem Beispiel.
    • 3B zeigt ein REM-Bild einer Oberfläche einer supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht gemäß einem Vergleichsbeispiel.
    • 4A zeigt ein Querschnitts-TEM-Bild der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht gemäß dem Beispiel.
    • 4B zeigt ein Querschnitts-RTEM-Bild der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht gemäß dem Vergleichsbeispiel.
    • 5 zeigt ein Elektronenbeugungsbild der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht gemäß dem Beispiel.
    • 6 zeigt Kristallstrukturen eines Ba2342-Kristalls und eines supraleitenden YBCO-Oxidkristalls.
    • 7 veranschaulicht ein Verfahren eines Schritts zur Bildung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht.
    • 8 zeigt die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht.
    • 9 zeigt das Auswertungsergebnis der Magnetfeldabhängigkeit von Jc der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht.
    • 10A zeigt entsprechende XRD-Muster von supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 3.
    • 10B zeigt entsprechende XRD-Muster von supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 4 bis 6.
    • 11A zeigt die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität in der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht gemäß den Beispielen 1 bis 3.
    • 11B zeigt die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität in der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht gemäß den Beispielen 4 bis 6.
    • 12A zeigt die Magnetfeldabhängigkeit von Jc in der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht nach jedem der Beispiele 1 bis 3.
    • 12B zeigt die Magnetfeldabhängigkeit von Jc in der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht nach jedem der Beispiele 4 bis 6.
    • 13 zeigt ein XRD-Muster einer supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht, in die sowohl Cl als auch Hf eingebracht sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • [Durch die vorliegende Offenbarung zu lösende Aufgabe]
  • In Patentliteratur 4 werden Pinning-Zentren in die supraleitende Oxid-Dünnschicht eingebracht, indem der Ausgangsmateriallösung im FF-MOD-Verfahren eine Verunreinigung wie Hf (Hafnium) hinzugefügt wird, wodurch Jc in einem Magnetfeld verbessert wird.
  • Gemäß Patentliteratur 4 wird jedoch, wenn Hf allen supraleitenden Oxid-Dünnschichten zugesetzt wird, die Kristallorientierung verschlechtert, so dass der Effekt der Verbesserung von Jc durch den Zusatz von Hf nachteilig nicht vollständig genutzt werden kann. Daher gibt es Raum für Verbesserungen, um sowohl eine größere Dicke der supraleitenden Oxid-Dünnschicht als auch eine Verbesserung von Jc zu erreichen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorgenannte Problem zu lösen, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, um sowohl eine größere Dicke einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht als auch eine Verbesserung von Jc in einem supraleitenden Oxid-Dünnschichtmaterial zu erreichen.
  • [Vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Offenbarung]
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Erreichen sowohl einer erhöhten Dicke einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht als auch einer Verbesserung von Jc in einem supraleitenden Oxid-Dünnschichtmaterial bereitgestellt.
  • [Beschreibung von Ausführungsformen]
  • Zunächst werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgelistet und beschrieben.
    • Ein supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial (siehe 2) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Metallsubstrat 2 mit einer Oberfläche mit einer biaxial orientierten Kristallorientierungsstruktur, eine biaxial orientierte und auf dem Metallsubstrat 2 gebildete Zwischenschicht 3 und eine supraleitenden Oxid-Dünnschicht 4, die auf der Zwischenschicht 3 gebildet ist und aus einem Oxid-Supraleiter auf RE123-Basis besteht. Die supraleitende Oxid-Dünnschicht 4 beinhaltet Br.
  • In dem supraleitenden Oxid-Dünnschichtmaterial kann Br durch Zugabe von Br zu der supraleitenden Oxid-Dünnschicht zum biaxial-orientierten Wachstum des Oxid-Supraleiterkristalls und zur Einführung von Pinning-Zentren beitragen. Dies führt zum Erreichen sowohl einer erhöhten Schichtdicke der supraleitenden Oxid-Dünnschicht als auch einer Verbesserung von Jc.
  • Wie in Patentliteratur 4 angedeutet, haben die hier benannten Erfinder folgendes Wissen erworben: eine Cl enthaltende Ablagerung wird in einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht durch Zugabe von Cl zu der supraleitenden Oxid-Dünnschicht gebildet, und diese Ablagerung unterstützt das biaxial-orientierte Wachstum eines supraleitenden Oxid-Kristalls. Als Ergebnis weiterer Experimente und Untersuchungen haben die hier benannten Erfinder festgestellt, dass die Zugabe von Br zu der supraleitenden Oxid-Dünnschicht höhere Effekte bei der Unterstützung des biaxial-orientierten Wachstums und der Verbesserung von Jc bietet als diejenige, bei der Cl zu der supraleitenden Oxid-Dünnschicht hinzugefügt wird. Dies deutet darauf hin, dass Br im Vergleich zu Cl eine höhere Fähigkeit besitzt, das biaxial-orientierte Wachstum des Oxid-Supraleiterkristalls zu unterstützen, und ermöglicht es, ein Pinning-Zentrum effektiv in die supraleitende Oxid-Dünnschicht einzubringen.
  • (2) Vorzugsweise weist die supraleitende Oxid-Dünnschicht 4 in dem supraleitenden Oxid-Dünnschichtmaterial gemäß (1) eine Ablagerung auf, die auf einer Oberfläche der Zwischenschicht 3 oder in der supraleitenden Oxid-Dünnschicht gebildet ist. Die Ablagerung beinhaltet Br.
  • Da die Ablagerung, die Br enthält, das biaxial-orientierte Wachstum des Oxid-Supraleiterkristalls wie vorstehend beschrieben unterstützt, kann die biaxiale Ausrichtung des Oxid-Supraleiterkristalls auch bei einer erhöhten Schichtdicke ausreichend beibehalten werden. Da diese Ablagerung auch als Pinning-Zentrum in der gebildeten supraleitenden Oxid-Dünnschicht 4 dient, kann die Abnahme von Jc in einem Magnetfeld unterdrückt werden.
  • (3) Vorzugsweise umfasst die Ablagerung in dem supraleitenden Oxid-Dünnschichtmaterial gemäß (2) einen Ba2Cu3O4Br2-Kristall 1 (Ba2342-Kristall - siehe 1).
  • Da der Ba2342-Kristall 1, der auf der biaxial orientierten Zwischenschicht gebildet und durch epitaktisches Wachstum abgelagert wird, im Wesentlichen die gleiche Gitterkonstante aufweist wie der Oxid-Supraleiterkristall auf RE123-Basis in ab-Richtung, kann die biaxiale Ausrichtung des Oxid-Supraleiters hervorragend beibehalten werden. Darüber hinaus fungiert die Grenzfläche des Ba2342-Kristalls nach dem Wachstum des Oxid-Supraleiterkristalls auf RE123-Basis als Pinning-Zentrum, wodurch Jc in einem Magnetfeld verbessert werden kann.
  • (4) Vorzugsweise hat in dem supraleitenden Oxid-Dünnschichtmaterial gemäß (3) der Ba2Cu3O4Br2-Kristall 1 (siehe 1), der auf der Oberfläche der Zwischenschicht 3 gebildet ist, eine Oberseite 1a und eine Seitenfläche 1b, die eine dreidimensionale Vorlage bilden, die das biaxial-orientierte Wachstum der supraleitenden Oxid-Dünnschicht 4 unterstützt.
  • Dabei wird der Oxid-Supraleiterkristall unter Verwendung der dreidimensionalen Vorlage mit der Ba2342-Kristallablagerung nicht nur von der Oberseite der Ablagerung, sondern auch von der Seitenfläche der Ablagerung biaxial gewachsen. Dadurch kann auch bei erhöhter Schichtdicke die biaxiale Ausrichtung des Oxid-Supraleiterkristalls ausreichend beibehalten werden, wodurch Ic entsprechend der erhöhten Schichtdicke verbessert werden kann.
  • (5) Vorzugsweise beinhaltet das supraleitende Oxid-Dünnschichtmaterial gemäß einem von (1) bis (4) ferner ein BaMO3-Nanopartikel, das in der supraleitenden Oxid-Dünnschicht 4 gebildet wird, wobei M ein verunreinigendes Metall darstellt. M ist eines von Hf (Hafnium), Zr (Zirkonium), Sn (Zinn), Nb (Niob), Ir (Iridium), Ti (Titan), Ce (Cer) und Bi (Wismut).
  • Durch Zugeben von Br und M zur Ausgangsmateriallösung können der Ba2342-Kristall und das BaMO3-Nanopartikel in der gebildeten supraleitenden Oxid-Dünnschicht gebildet werden. Da M die Eigenschaft hat, den Grad der Kristallorientierung zu reduzieren, wird die Orientierungsstruktur der supraleitenden Oxid-Dünnschicht wahrscheinlich variiert, wenn M zu der supraleitenden Oxid-Dünnschicht hinzugefügt wird, um ein Pinning-Zentrum einzuführen. Da der Ba2342-Kristall jedoch vor dem Wachstum der supraleitenden Oxid-Dünnschicht erzeugt wird, kann die Schichtdicke unter Beibehaltung der exzellenten biaxial orientierten Struktur erhöht werden, auch wenn das Pinning-Zentrum durch Zugabe von M eingeführt wird.
  • (6) Ein supraleitender Oxid-Draht 10 (siehe 2) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet: das supraleitende Oxid-Dünnschichtmaterial, das in einem von (1) bis (5) zitiert wird; und eine Abdeckschicht (Schutzschicht 5 und Stabilisierungsschicht 6), die mindestens eine supraleitende Oxid-Dünnschicht 4 abdeckt. Damit kann ein hinsichtlich Jc und Ic verbesserter supraleitender Oxid-Draht realisiert werden.
  • (7) Ein Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet: Herstellen eines Metallsubstrats mit einer Oberfläche mit einer biaxial orientierten Kristallorientierungsstruktur, Bilden einer biaxial orientierten Zwischenschicht auf dem Metallsubstrat, Herstellen einer Ausgangsmateriallösung zum Bilden des Oxid-Supraleiters auf RE123-Basis, wobei Br (Brom) der Ausgangsmateriallösung zugegeben wird, Aufbringen der Ausgangsmateriallösung auf die Zwischenschicht; und Bilden der supraleitenden Oxid-Dünnschicht auf der Zwischenschicht durch Sintern des Metallsubstrats, auf das die Ausgangsmateriallösung aufgebracht ist.
  • Damit wird durch Erwärmen der Ausgangsmateriallösung, in die Br zugegeben wurde, eine Vielzahl von Ablagerungen erzeugt, die jeweils Br beinhalten, bevor die supraleitende Dünnschicht aus Oxid auf RE123-Basis gebildet wird. Durch Sintern des Metallsubstrats wird der supraleitende Oxidkristall biaxial ausgerichtet und unter Verwendung der Ablagerungen gewachsen. Dementsprechend kann die Schichtdicke der supraleitenden Oxid-Dünnschicht erhöht werden, während die biaxiale Ausrichtung des Oxid-Supraleiterkristalls hervorragend erhalten bleibt. Darüber hinaus kann durch die Einführung der effektiven Pinning-Zentren die Abnahme von Jc in einem Magnetfeld unterdrückt werden.
  • (8) Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zur Herstellung der supraleitenden Oxid-Dünnschicht gemäß (7) bei der Herstellung der Ausgangsmateriallösung selbiger ein verunreinigendes Metall zugesetzt. Das Verunreinigungsmetall ist eines von Hf (Hafnium), Zr (Zirkonium), Sn (Zinn), Nb (Niob), Ir (Iridium), Ti (Titan), Ce (Cer) und Bi (Wismut).
  • Durch Zugabe von Br und M zur Ausgangsmateriallösung können der Ba2342-Kristall und der BaMO3-Nanopartikel in der gebildeten supraleitenden Oxid-Dünnschicht gebildet werden, wodurch die Schichtdicke der supraleitenden Oxid-Dünnschicht erhöht und Jc verbessert werden kann.
  • (9) Vorzugsweise beinhaltet bei dem Verfahren zur Herstellung der supraleitenden Oxid-Dünnschicht gemäß (8) die Bildung der supraleitenden Oxid-Dünnschicht das Durchführen einer Kalzinierung zum Entfernen einer Lösungsmittelkomponente aus der Ausgangsmateriallösung durch thermisches Zersetzen der Ausgangsmateriallösung und das Bilden der supraleitenden Oxid-Dünnschicht durch Sintern des Metallsubstrats, das der Kalzinierung unterzogen wurde. Eine kalzinierte Schicht mit einer Vielzahl von Schichten wird auf der Zwischenschicht gebildet, indem abwechselnd und wiederholt das Auftragen der Ausgangsmateriallösung und das Durchführen des Kalzinierens durchgeführt werden. Das Verunreinigungsmetall wird zu jeder der zweiten und späteren Schichten der Vielzahl von Schichten der kalzinierten Schicht hinzugefügt.
  • Damit können die Schichtdicke der supraleitenden Oxid-Dünnschicht unter Beibehaltung der biaxial orientierten Struktur des Oxid-Supraleiterkristalls erhöht und effektive Pinning-Zentren in die supraleitende Oxid-Dünnschicht eingebracht werden, wodurch Ic und Jc verbessert werden können.
  • (10) Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zur Herstellung der supraleitenden Oxid-Dünnschicht gemäß (9) das Verunreinigungsmetall weiter zu einer ersten Schicht aus der Vielzahl von Schichten der kalzinierten Schicht hinzugefügt.
  • Die hier benannten Erfinder haben festgestellt, dass im Gegensatz zu einem Fall, in dem Cl zu der supraleitenden Oxid-Dünnschicht hinzugefügt wird, in dem Fall, in dem Br zu der supraleitenden Oxid-Dünnschicht hinzugefügt wird, die Orientierungsstruktur der supraleitenden Oxid-Dünnschicht nicht verändert wird, selbst wenn M weiter zur ersten Schicht hinzugefügt wird. Dementsprechend können Ic und Jc im Vergleich zu einem Fall, in dem M zur zweiten und späteren Schicht hinzugefügt wird, weiter verbessert werden.
  • (11) Vorzugsweise ist die Ausgangsmateriallösung bei dem Verfahren zur Herstellung der supraleitenden Oxid-Dünnschicht gemäß einem von (7) bis (10) eine organische Metallverbindungslösung ohne Fluor.
  • Als MOD-Verfahren, das bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird, kann entweder das TFA-MOD-Verfahren oder das FF-MOD-Verfahren verwendet werden; wobei der Effekt der vorliegenden Erfindung jedoch deutlicher zum Tragen kommen kann, wenn das FF-MOD-Verfahren angewendet wird, da keine Fluorwasserstoffsäure erzeugt wird und in kurzer Zeit ein hochwertiger Oxid-Supraleiterkristall erzeugt werden kann.
  • [Details von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Im Folgenden wird anhand der Figuren eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Man beachte, dass in den anliegenden Figuren die gleichen oder korrespondierende Teile die gleichen Bezugszeichen erhalten haben und nicht wiederholt beschrieben werden.
  • Grundkörper zur Bildung einer supraleitenden Oxid-Schicht
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Oberflächenabschnitt eines supraleitenden Oxid-Dünnschicht-Bildungsgrundkörpers gemäß einer Ausführungsform darstellt. Es sei darauf hingewiesen, dass in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, dargestellt durch YBa2Cu3Oy, als eine supraleitende Dünnschicht auf RE123-Basis verwendet wird. Darüber hinaus wird als Substrat (zweidimensionale Vorlage) mit einer biaxial orientierten Kristallorientierungsstruktur ein STO-(SrTiO3: Strontiumtitanat)-Einkristallsubstrat verwendet.
  • Wie in 1 dargestellt, bildet sich eine Vielzahl von Ablagerungen auf dem STO-Einkristallsubstrat. Jede dieser Ablagerungen beinhaltet Br (Brom). In 1 wird jede der Ablagerungen auf einer Oberfläche des STO-Einkristallsubstrats in Form eines Prismas gebildet.
  • Jede dieser Ablagerungen beinhaltet einen Ba2Cu3O4Br2-Kristall 1 (Ba2342-Kristall). Die Ablagerung erfolgt durch Ablagern von Ba2342 Kristall 1 auf dem STO-Einkristallsubstrat in c-Achsen-Richtung.
  • Der Ba2342-Kristall 1 weist im Wesentlichen die gleiche Gitterkonstante auf wie der Oxid-Supraleiterkristall auf RE123-Basis in einer ab-Richtung und ermöglicht ein biaxial orientiertes Wachstum auf der Oberseite 1a und der Seitenfläche 1b des Ba2342-Kristalls 1. Dementsprechend ist die supraleitende Oxid-Dünnschicht bei der Bildung der supraleitenden Oxid-Dünnschicht nicht nur biaxial orientiert und von der ab-Ebene aus in Richtungen gewachsen, die durch Pfeile parallel zur Oberfläche des STO-Einkristallsubstrats angezeigt werden, sondern auch in c-Achsen-Richtung biaxial orientiert und gewachsen, d.h. in eine Richtung, die durch Aufwärtspfeile angezeigt wird.
  • Auf diese Weise dient der Ba2342 Kristall 1 als dreidimensionale Vorlage, um das biaxial orientierte Wachstum der supraleitenden Oxid-Dünnschicht nicht nur in der ab-Ebene, sondern auch in der c-Achsenrichtung zu unterstützen. Somit kann auch bei zunehmender Schichtdicke die hervorragende biaxial orientierte Struktur beibehalten werden.
  • Die dreidimensionale Vorlage kann zum Beispiel gebildet werden, indem Br (Brom) zu einer Ausgangsmateriallösung hinzugefügt wird, um die supraleitende Oxid-Dünnschicht zu bilden und zu erwärmen. Ein Ba2342 Kristall 1 wird als Ergebnis des epitaktischen Wachstums von der Oberfläche des STO-Einkristallsubstrats in c-Achsenrichtung bei einer niedrigeren Temperatur als einer Temperatur, bei der der YBCO-Oxid-Supraleitungskristall gezüchtet wird, abgelagert. Daher dient Ba2342 Kristall 1 bei der Bildung der supraleitenden Oxid-Dünnschicht als Vorlage, um die supraleitende Oxid-Dünnschicht nicht nur in der ab-Ebene, sondern auch in c-Achsen-Richtung biaxial zu orientieren und zu wachsen. Es ist zu beachten, dass beispielsweise Br durch Zugabe von HBr (Bromwasserstoffsäure) zur Ausgangslösung hinzugefügt werden kann.
  • Es ist vorzuziehen, dass in der Ausgangsmateriallösung das Verhältnis von Seltenerdelement (z.B. Y), Ba, Cu und Br wie folgt ist: Y : Ba : Cu : Br = 1:2 + x : 3 + 1.5x : x, wobei 0,05 ≤ x ≤ 0,20. Dementsprechend können bei der Bildung der dreidimensionalen Vorlage der Ba2342-Kristall ausreichend geformt und der YBCO-Oxid-Supraleiterkristall biaxial ausgerichtet und gewachsen werden. Es ist zu beachten, dass bei x > 0,20, wenn HBr mit der Ausgangslösung vermischt wird, HBr sich absetzen kann und nicht vollständig gelöst wird. Andererseits kann, wenn x < 0,05, der Effekt der Zugabe von Br nicht signifikant dargestellt werden. Bei x = 0,02 ist der Effekt kaum merklich.
  • Der Ba2342-Kristall dient als Pinning-Zentrum in der supraleitenden YBCO-Oxidschicht. Darüber hinaus kann die Kristallorientierungsstruktur auch bei Zugabe eines Verunreinigungsmetalls, das konventionell zu einer Abnahme des Orientierungsgrades der supraleitenden Oxid-Dünnschicht führt, wie Hf (Hafnium), Sn (Zinn) oder Zr (Zirkonium), beibehalten werden. Selbst wenn das Verunreinigungsmetall hinzugefügt wird, um weitere Pinning-Zentren einzuführen, wird das biaxiale Orientierungswachstum des YBCO-Oxid-Supraleiterkristalls nicht behindert.
  • Als Ergebnis kann eine supraleitende Oxid-Dünnschicht erhalten werden, die eine erhöhte Schichtdicke aufweist, während die biaxiale Orientierung des Oxid-Supraleiterkristalls hervorragend beibehalten wird, und die über effektive Pinning-Zentren verfügt, die zur Verbesserung von Jc in einem Magnetfeld eingeführt wurden.
  • Unter der Bedingung eines O2-Partialdrucks (PO2) von 10 Pa in einem O2/Ar-Gasstrom unter einem Druck von 1 Atmosphäre wird der Ba2342-Kristall bei mehr als oder gleich 550 °C erzeugt und bei 840 °C im Wesentlichen verdampft. 550 °C ist eine Temperatur niedriger als eine Temperatur (ca. 580 °C), bei der BaCuO2, einer der Vorläufer des Oxid-Supraleiterkristalls auf RE123-Basis, erzeugt wird. Darüber hinaus ist 840 °C eine Temperatur, die höher ist als eine Sintertemperatur (etwa 800 °C), bei der der Oxid-Supraleiterkristall auf RE123-Basis gezüchtet wird. Daher wird der gebildete Ba2342-Kristall beim Sintern nicht verdampft, um den Oxid-Supraleiterkristall auf RE123-Basis zu züchten, der Oxid-Supraleiterkristall auf RE123-Basis kann biaxial ausgerichtet und unter Verwendung der Ober- und Seitenfläche des Ba2342-Kristalls gezüchtet werden, und die Pinning-Zentren können effizient eingeführt werden.
  • Es ist zu beachten, dass für das Metallsubstrat mit der biaxial orientierten Kristallorientierungsstruktur ein SUS/Cu/Ni-Beschichtungssubstrat mit Ni (Nickel) an der Vorderseite oder dergleichen verwendet werden kann. Für das Metallsubstrat können ein IBAD-Substrat (Ion Beam Assisted Deposition), ein Ni-W-(Wolfram)-Legierungssubstrat oder dergleichen verwendet werden. Das Metallsubstrat weist vorzugsweise eine lange Form (bandförmige Form) mit rechteckigem Querschnitt auf.
  • Darüber hinaus können als biaxial orientierte Zwischenschicht, die auf der Oberfläche des Metallsubstrats gebildet wird, eine bekannte Dünnschicht wie STO oder eine Zwischenschicht mit einer Dreischichtstruktur aus CeO2 (Ceroxid)/YSZ (yttriumstabilisiertes Zirkonoxid)/CeO2 verwendet werden.
  • Bildung einer supraleitenden dünnen Schicht aus Oxid-Supraleitern
  • Die supraleitende Oxid-Dünnschicht wird vorzugsweise nach dem FF-MOD-Verfahren gebildet. Für die Ausgangsmateriallösung wird vorzugsweise eine Ausgangsmateriallösung mit Br-Zugabe verwendet. Beispiele für eine solche Ausgangsmateriallösung sind eine Alkohollösung, wie beispielsweise eine Methanollösung, die ein vorgegebenes Verhältnis und vorgegebene Konzentrationen der organischen Säuresalze von RE, Ba und Cu enthält und in die eine vorgegebene Menge an HBr zugesetzt ist. Beispiele für RE sind Y (Yttrium), Gd (Gadolinium), Ho (Holmium) und dergleichen.
  • Es ist zu beachten, dass zur Erhöhung der Schichtdicke der supraleitenden Oxid-Dünnschicht folgendes Verfahren angewendet werden kann: Das Aufbringen der Ausgangsmateriallösung und das Kalzinieren werden wiederholt und abwechselnd durchgeführt, um eine dicke kalzinierte Schicht zu bilden, und dann wird das Sintern durchgeführt, um eine Vielzahl von übereinanderliegenden Schichten zu bilden.
  • Obwohl die Schnittstelle des Ba2342-Kristalls mit dem auf RE123 basierenden Oxid-Supraleiterkristall als Pinning-Zentrum fungiert, kann die Funktion des Pinning nur durch den Ba2342-Kristall je nach Verwendungszweck unzureichend sein. In diesem Fall können beispielsweise durch weiteres Hinzufügen eines Verunreinigungsmetalls zu der Ausgangsmateriallösung mit Br-Zugabe weitere Pinning-Zentren eingeführt werden. Dementsprechend kann der Pinning-Zentrum-Einführungseffekt verbessert werden.
  • Es ist zu beachten, dass für das Verunreinigungsmetall eines von Zr (Zirkonium), Hf (Hafnium), Sn (Zinn), Ni (Niob), Ir (Iridium), Ti (Titan), Ce (Cer) und Bi (Wismut) verwendet werden kann. Als Zugabemenge des Verunreinigungsmetalls sind 0,5 bis 1,5 mol% vorzuziehen und etwa 1 mol% ist besonders vorzuziehen. Dementsprechend werden eine Vielzahl von Feinablagerungen von weniger als oder gleich 20 nm und eine Vielzahl von Stapelfehlern als Pinning-Zentren erzeugt, wodurch Jc in einem Magnetfeld deutlich verbessert wird.
  • Supraleitender Oxid-Draht
  • Das supraleitende Oxid-Dünnschichtmaterial, das durch Bilden der supraleitenden Oxid-Dünnschicht wie vorstehend beschrieben auf dem supraleitenden Oxid-Dünnschichtbildungsgrundkörper erhalten wird, kann entsprechend der erhöhten Schichtdicke einen erhöhten Ic erreichen. Außerdem kann die Abnahme von Jc in einem Magnetfeld unterdrückt werden. Daher kann ein supraleitender Oxid-Dünnschichtdraht, der aus diesem supraleitenden Oxid-Dünnschichtmaterial gebildet wird, hervorragende supraleitende Eigenschaften erzielen.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines supraleitenden Oxid-Drahtes 10 darstellt, der unter Verwendung des supraleitenden Oxid-Dünnschichtmaterials gemäß der vorliegenden Ausführungsform gebildet wurde. 2 zeigt einen Querschnitt in einer Richtung, die eine Richtung kreuzt, in der sich der supraleitende Oxid-Draht 10 erstreckt. Daher ist eine Richtung, die eine Ebene des Blattes kreuzt, die Längsrichtung des supraleitenden Oxid-Drahtes 10, und der Superstrom der supraleitenden Oxid-Dünnschicht 4 fließt entlang der Richtung, die die Ebene des Blattes kreuzt.
  • Wie in 2 dargestellt, hat der supraleitende Oxid-Draht 10 eine lange Form (bandförmige Form) mit rechteckigem Querschnitt und beinhaltet ein Metallsubstrat 2, eine Zwischenschicht 3, eine supraleitende Oxid- Dünnschicht 4, eine Schutzschicht 5 und eine Stabilisierungsschicht 6.
  • Bei der Herstellung von supraleitendem Oxid-Draht 10 werden die Zwischenschicht 3 und die supraleitender Oxid-Dünnschicht 4 auf de, Metallsubstrat 2 mit bandförmiger Form gebildet, dann wird die Schutzschicht 5 auf der Oberfläche der supraleitenden Oxid-Dünnschicht 4 gebildet, dann werden sie in eine vorbestimmte Breite geschnitten und die Stabilisierungsschicht 6 wird gebildet, um sie zu umgeben. Die Schutzschicht 5 besteht vorzugsweise aus einem Material wie z.B. Ag (Silber) oder einer Ag-Legierung. Die Stabilisierungsschicht 6 besteht vorzugsweise aus einem Material wie beispielsweise Cu (Kupfer) oder einer Kupferlegierung. Die Schutzschicht 5 und die Stabilisierungsschicht 6 entsprechen jeweils einem Beispiel der „Deckschicht“. Schutzschicht 5 und Stabilisierungsschicht 6 können gebildet werden, um mindestens die obere Hauptoberfläche der supraleitenden Oxid-Dünnschicht 4 abzudecken.
  • Beispiele
  • In jedem der im Folgenden beschriebenen Beispiele wurde das FF-MOD-Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht verwendet.
  • <Experiment 1> (Bildung des Ba2342-Kristalls)
  • In einem Experiment 1 wurde als Beispiel eine YBCO-Oxid-Supraleiter-Dünnschicht auf einem STO-Einkristallsubstrat unter Verwendung einer Ausgangsmateriallösung mit Br-Zugabe gebildet. Darüber hinaus wurde als Vergleichsbeispiel eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht auf einem STO-Einkristallsubstrat unter Verwendung einer Ausgangsmateriallösung ohne Br-Zusatz gebildet. Jede der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten wurde bei 800 °C für 60 Minuten unter PO2 = 10 Pa gesintert.
  • Die Struktur der gebildeten supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht kann überprüft werden, indem Oberfläche und Querschnitt der gebildeten supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM), einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) oder einem Rastertransmissionselektronenmikroskop (RTEM) beobachtet werden.
  • Für die jeweiligen Oberflächen der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten wurden REM-Aufnahmen gemäß 3A und 3B erhalten. 3A zeigt ein REM-Bild einer Oberfläche der supraleitenden Dünnschicht aus YBCO-Oxid gemäß dem Beispiel, während 3B ein REM-Bild einer Oberfläche der supraleitenden Dünnschicht aus YBCO-Oxid gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
  • Wenn Br nicht in die Ausgangsmateriallösung gegeben wurde (3B), wurden feine Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des STO-Einkristallsubstrats beobachtet. Andererseits, wenn Br in die Ausgangsmateriallösung gegeben wurde (3A), zeigt die Oberfläche des STO-Einkristallsubstrats verringerte feine Unregelmäßigkeiten und ist glatt. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass auf der Oberfläche des STO-Einkristallsubstrats eine Vielzahl von Ba2342-Kristallen gebildet wurde. Es wird vermutet, dass Teile dieser Ba2342-Kristalle im Wesentlichen prismatische Formen aufweisen und diese bilden die in 1 dargestellten dreidimensionalen Vorlagen.
  • Darüber hinaus wurde ein Querschnitt jeder supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht beobachtet. Die Ergebnisse der Beobachtung sind in 4A und 4B dargestellt. 4A zeigt ein Querschnitts-TEM-Bild der supraleitenden Dünnschicht aus YBCO-Oxid gemäß dem Beispiel und 4B zeigt ein Querschnitts-RTEM-Bild der supraleitenden Dünnschicht aus YBCO-Oxid gemäß dem Vergleichsbeispiel.
  • Unter Bezugnahme auf 4B wurde bestätigt, dass eine Vielzahl von Hohlräumen in der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht erzeugt wurde und die Kristallorientierung variiert wurde, wenn Br nicht in die Ausgangsmateriallösung gegeben wurde. Andererseits wurde unter Bezugnahme auf 4A bestätigt, dass bei der Zugabe von Br in die Ausgangsmateriallösung die Bildung von Hohlräumen in der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht unterdrückt und eine homogene und flache Dünnschicht gebildet wurde.
  • Es ist zu beachten, dass in 4A beobachtet wurde, dass eine Verunreinigung, die als Ba2342-Kristall betrachtet wird, an einer Grenzfläche zwischen der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht und dem STO-Einkristallsubstrat vorhanden ist. Es ist zu beachten, dass diese Verunreinigung auch in der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht beobachtet wurde.
  • 5 zeigt ein Ergebnis der Beobachtung eines Querschnitts der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht nach dem Beispiel mit einem Elektronenbeuger. Das in 5 gezeigte Elektronenbeugungsbild zeigt einen Abschnitt, der die supraleitende Dünnschicht aus YBCO-Oxid und das einkristalline Substrat STO beinhaltet. Mit Bezug auf 5 wurde bestätigt, dass die Ausrichtung der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht und die Ausrichtung des STO-Einkristallsubstrats miteinander übereinstimmten und in der c-Achse ausgerichtet waren. Darüber hinaus wurde im Elektronenbeugungsbild keine ringförmige Beugungslinie beobachtet, die aus nicht orientierten Körnern oder Verunreinigungen resultiert.
  • 6 zeigt die Kristallstrukturen des Ba2342-Kristalls und des supraleitenden YBCO-Oxidkristalls. Jede der linken Seiten und Mitte von 6 zeigt die Kristallstruktur des Ba2342-Kristalls, während die rechte Seite von 6 die Kristallstruktur des supraleitenden YBCO-Oxidkristalls zeigt.
  • Der Ba2342-Kristall ist ein tetragonaler Kristall und hat folgende axiale Längen: a = b = 5.539 Å. Die axialen Längen des YBCO-Oxid-Supraleitungskristalls sind wie folgt: a = 3.814 Å und b = 3.881 Å. Obwohl der Ba2342-Kristall einen größeren Gitterfehler aufweist als der des supraleitenden YBCO-Oxidkristalls, weist ein aus Br-Atomen gebildetes tetragonales Gitter eine Seite von 3,92 Å auf, wie in der Mitte der der Figur dargestellt, und stimmt sehr gut mit dem des supraleitenden YBCO-Oxidkristalls überein. Vermutlich deshalb wurde die Orientierung kaum verändert.
  • <Experiment 2> (Auswertung von Ba2342-Kristall)
  • In einem Experiment 2 wurde auf einem STO-Einkristallsubstrat mit einer Größe von 10 × 10 mm ein YBCO-Oxid-Supraleiter-Dünnschicht mit einer Schichtdicke von bis zu 0,4 µm gebildet, und es wurde versucht, Pinning-Zentren aus Ba2342-Kristallen in die supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht einzuführen.
  • 7 zeigt ein Verfahren des vorliegenden Experiments. Die Abbildung auf der linken Seite von 7 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des vorliegenden Experiments zeigt. Die Abbildung der rechten Seite von 7 zeigt einen Querschnitt, der schematisch die Konfiguration der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht mit drei übereinander liegenden Schichten darstellt.
  • Das Verfahren zur Herstellung der supraleitenden Oxid-Dünnschicht gemäß der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet hauptsächlich: einen Substratvorbereitungsschritt, einen Zwischenschichtbildungsschritt zum Bilden einer Zwischenschicht auf einem Metallsubstrat und einen supraleitenden Oxid-Dünnschichtbildungsschritt. In dem Substratvorbereitungsschritt wird das Metallsubstrat 2 mit einer Oberfläche mit einer biaxial orientierten Kristallorientierungsstruktur hergestellt. Im Zwischenschichtbildungsschritt wird auf dem Metallsubstrat die biaxial orientierte Zwischenschicht 3 gebildet. Im vorliegenden Experiment wird ein STO-Einkristallsubstrat mit einer auf dem Metallsubstrat 2 gebildeten STO-Schicht hergestellt.
  • 7 zeigt einen Verfahrensablauf des supraleitenden Oxid-Dünnschichtbildungsschrittes. Der supraleitende Oxid-Dünnschichtbildungsschritt beinhaltet hauptsächlich einen angewandten Schichtbildungsschritt, einen Kalzinierungsschritt, einen Sinterschritt und einen Sauerstoffeinführungsschritt.
  • Angewandter Schichtbildungsschritt
  • Im Schritt der angewandten Schichtbildung wurde eine nicht-fluorhaltige Ausgangsmateriallösung auf die Oberfläche der Zwischenschicht aufgebracht und anschließend getrocknet, um eine aufgebrachte Schicht mit einer vorbestimmten Dicke zu bilden. Die nicht-fluorhaltige Ausgangsmateriallösung bezieht sich auf eine nicht-fluorhaltige organische Metallsalzlösung aus RE, Ba und Cu.
  • Im vorliegenden Experiment wurde für die Ausgangsmateriallösung eine (Y, Ba, Cu)-organische Säuresalzlösung mit einer Gesamtkationenkonzentration von 1 mol/L verwendet. In der Ausgangsmateriallösung war das Verhältnis der Komponenten wie folgt: Y : Ba : Cu : Br = 1 : 2.1 : 3.15 : x. HBr wurde in den folgenden vier Stufen hinzugefügt: x = 0, 0,10, 0,15 und 0,20. Jede der hergestellten Ausgangslösungen der vier Ebenen wurde mittels Spin-Beschichtung auf die Oberfläche des STO-Einkristallsubstrats aufgebracht.
  • Kalzinierungsschritt
  • Im Kalzinierungsschritt werden Lösungsmittelkomponenten und dergleichen von der aufgebrachten Schicht, die ein Vorläufer ist, entfernt. Insbesondere wurde das STO-Einkristallsubstrat mit der darauf aufgebrachten Schicht erwärmt und für eine bestimmte Zeit in einer Atmosphärenluft in einem Temperaturbereich von mehr als oder gleich 400 °C und weniger als oder gleich 600 °C, beispielsweise bei 500 °C, gehalten. Die Haltezeit beträgt ca. 2 Stunden. Dabei wird die eingesetzte organische Metallsalzlösung thermisch zersetzt. Darüber hinaus werden CO2 (Kohlendioxid) und H2O (Wasser) getrennt, wodurch die Lösungsmittelkomponente und dergleichen aus der organischen Metallsalzlösung entfernt wurde. Dementsprechend wird die kalzinierte Schicht, die ein Vorläufer ist, gebildet. Im vorliegenden Experiment wurde durch drei Mal wiederholtes und abwechselndes Durchführen des aufgebrachten Schichtbildungsschritts und des Kalzinierungsschritts eine kalzinierte Schicht mit drei Schichten gebildet.
  • Sinterschritt
  • Im Sinterschritt wird die kalzinierte Schicht zu einer gesinterten Schicht kristallisiert. Im vorliegenden Experiment wurde das Sintern bei 800 °C für 60 Minuten unter PO2 = 10 Pa durchgeführt. Als Ergebnis des epitaktischen Kristallwachstums entsteht aus der kalzinierten Schicht eine gesinterte Schicht mit YBCO-Oxid-Supraleiterkristallen, die in der c-Achse ausgerichtet sind.
  • Schritt zur Sauerstoffeinleitung
  • Im Schritt der Sauerstoffeinleitung wird eine Wärmebehandlung zum Einbringen von Sauerstoff in den gebildeten Sinterschicht durchgeführt. Konkret wird beispielsweise atmosphärisches Gas in ein Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 100 % unter einem Druck von 1 Atmosphäre umgewandelt, 12 Stunden gehalten, wobei die maximale Heiztemperatur unter Beibehaltung dieser Sauerstoffkonzentration auf 450 °C eingestellt wird, und dann wird der Ofen für eine schnelle Abkühlung geöffnet. Auf diese Weise entsteht die supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht.
  • Um einen Einfluss der Zugabe von Br über eine kritische Temperatur Tc zu finden, wurde anschließend eine magnetische Suszeptibilität χ gemessen, während die Temperatur der erzeugten supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht von 80 K unter einem Nullmagnetfeld (ZFC) schrittweise erhöht wurde, um eine Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität χ zu messen. Die Ergebnisse der Messung sind in 8 dargestellt.
  • In 8 stellt die vertikale Achse die magnetische Suszeptibilität χ (normiert) und die horizontale Achse die Temperatur (K) dar. „x“ ist dasjenige, das im folgenden Verhältnis dargestellt ist: Y : Ba : Cu : Br = 1 : 2,1 : 3.,5 : x. Außerdem bedeutet „rein“, dass kein Br hinzugefügt wird (d.h. x = 0).
  • Unter Bezugnahme auf 8 wurde bestätigt, dass die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität χ zwischen dem Fall, in dem kein Br hinzugefügt wurde (x = 0) und den Fällen, in denen Br hinzugefügt wurde (x = 0,10, 0,15 und 0,20) und Tc unverändert blieb, im Wesentlichen unverändert war.
  • Anschließend wurden bei 77 K und 40 K die Magnetfeldabhängigkeit der kritischen Stromdichte Jc gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in 9 dargestellt.
  • In 9 stellt die vertikale Achse die kritische Stromdichte Jc (A/cm2) und die horizontale Achse µ0H (T) dar. „x“ ist dasjenige, das im folgenden Verhältnis dargestellt ist: Y : Ba : Cu : Br = 1 : 2,1 : 3,15 : x. Außerdem bedeutet „rein“, dass kein Br hinzugefügt wird (d.h. x = 0).
  • Unter Bezugnahme auf 9 wurde bestätigt, dass bei jeder der Temperaturen von 40 K und 70 K ein höherer Jc-Wert im Falle von x = 0,10 erreicht wurde als im Falle von Br, das nicht hinzugefügt wurde (x = 0). Dies liegt vermutlich an Folgendem: Da die Zugabe von Br die Bildung der aus den Ba2342-Kristallen bestehenden dreidimensionalen Vorlage bewirkt (siehe 1), bleibt die hervorragende biaxial orientierte Struktur der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht erhalten und die dreidimensionalen Vorlagen funktionieren als Pinning-Zentren.
  • Unter Bezugnahme auf 9 unterscheidet sich Jc im Falle von x = 0,15 jedoch nicht wesentlich von dem Fall, dass kein Br hinzugefügt wird. Außerdem ist Jc im Falle von x = 0,20 niedriger als dann, wenn kein Br hinzugefügt wird. Dies hat vermutlich folgenden Grund: Da die Zugabemenge von Br auf mehr als x = 0,10 erhöht wird, wird es schwieriger, das nicht orientierte Kornwachstum zu unterdrücken, wodurch der Grad der Kristallorientierung verringert wird.
  • <Versuch 3> (Zugabe von Br und M)
  • Als nächstes wurden durch Zugabe von Br und Verunreinigungsmetall M zur Ausgangsmateriallösung BaMO3-Nanopartikel in die supraleitende Dünnschicht aus YBCO-Oxid eingebracht. Zr, Hf und Sn wurden als Verunreinigungsmetall M verwendet. Darüber hinaus betrug in jedem der Beispiele die Menge der Zugabe von M zur Ausgangsmateriallösung 1 mol%.
  • Insbesondere wurde ein aus drei Schichten bestehender supraleitender YBCO-Oxid-Dünnschicht mit einer Schichtdicke von 0,4 µm und einer Schichtzusammensetzung von YBa2,1Cu3,15MzBr0,1Oy bei 800 °C für 60 Minuten unter PO2= 10 Pa gesintert. In der folgenden Beschreibung werden die jeweiligen drei Schichten der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht auch als erste Schicht, zweite Schicht und dritte Schicht von der STO-Einkristallsubstratseite bezeichnet. Es ist zu beachten, dass eine durchschnittliche Schichtkomposition, wenn Br und M der zweiten Schicht und der dritten Schicht hinzugefügt werden, YBa2.1 Cu3.15M0.007Br0.1Oy ist, und eine durchschnittliche Schichtkomposition, wenn Br und M den ersten bis dritten Schichten hinzugefügt werden, YBa2.1 Cu3.15M0.01 Br0.1 Oy ist.
  • In den Beispielen 1 bis 3 wurden jeweils folgende supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschichten hergestellt: eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, in der Br und Zr der zweiten und dritten Schicht hinzugefügt wurden (Beispiel 1), eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, in der Br und Sn der zweiten und dritten Schicht hinzugefügt wurden (Beispiel 2), und eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, in der Br und Hf der zweiten und dritten Schicht hinzugefügt wurden (Beispiel 3).
  • Andererseits wurden in den Beispielen 4 bis 6 jeweils folgende supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschichten hergestellt: eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, in der Br und Zr zu den ersten bis dritten Schichten hinzugefügt wurden (Beispiel 4); eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, in der Br und Sn zu den ersten bis dritten Schichten hinzugefügt wurden (Beispiel 5); und eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, in der Br und Hf zu den ersten bis dritten Schichten hinzugefügt wurden (Beispiel 6).
  • Jede der erzeugten supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 6 wurde einer Röntgenbeugungsmessung (XRD) unterzogen.
  • 10A und 10B zeigen entsprechende XRD-Muster der erzeugten supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 6. In 10A und 10B stellt die vertikale Achse die Beugungsintensität (cps) und die horizontale Achse 2θ (deg) dar. 10A zeigt die jeweiligen XRD-Muster der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 3, und 10B zeigt die jeweiligen XRD-Muster der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 4 bis 6.
  • Unter Bezugnahme auf 10A versteht man, dass die Kristallorientierung nicht in jedem der folgenden Fälle variiert wurde: der Fall, in dem Br und Zr zur zweiten und dritten Schicht hinzugefügt wurden (Beispiel 1); der Fall, in dem Br und Sn zur zweiten und dritten Schicht hinzugefügt wurden (Beispiel 2); und der Fall, in dem Br und Hf zur zweiten und dritten Schicht hinzugefügt wurden (Beispiel 3). Unter Bezugnahme auf 10B wird davon ausgegangen, dass die Kristallorientierung nicht in jedem der folgenden Fälle variiert wurde: der Fall, dass Br und Zr zu den ersten zu den dritten Schichten hinzugefügt wurden (Beispiel 4); der Fall, dass Br und Sn zu den ersten zu den dritten Schichten hinzugefügt wurden (Beispiel 5); und der Fall, dass Br und Hf zu den ersten zu den dritten Schichten hinzugefügt wurden (Beispiel 6).
  • Weiterhin wurde im Vergleich zwischen 10A und 10B bestätigt, dass die Kristallorientierung auch bei Zugabe von M zur ersten Schicht nicht verändert wurde. Darüber hinaus wurde durch die Zugabe von M zur ersten Schicht bestätigt, dass der Peak der (103) Ebene von YBCO kaum sichtbar war.
  • Als nächstes wurde die magnetische Suszeptibilität χ jeder der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten gemäß den Beispielen 1 bis 6 unter einem NullMagnetfeld (ZFC) gemessen, während die Temperatur schrittweise von 80 K erhöht wurde, um eine Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität χ in jeder supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht zu messen. Die Ergebnisse der Messung sind in 11A und 11B dargestellt.
  • 11A zeigt die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität χ in jeder der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 3, und 11B zeigt die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität χ in jeder der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 4 bis 6. In 11A und 11B stellt die vertikale Achse die magnetische Suszeptibilität χ (normiert) und die horizontale Achse die Temperatur (K) dar.
  • Unter Bezugnahme auf 11A und 11B versteht man, dass in allen Beispielen 1 bis 6 eine hohe kritische Temperatur Tc von mehr als 91 K erreicht wurde. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass auch in jedem der Beispiele, als die Temperatur kleiner oder gleich der kritischen Temperatur Tc wurde, der Übergang in den supraleitenden Zustand abrupt erfolgte. Dies deutet darauf hin, dass selbst wenn einer von Zr, Sn und Hf hinzugefügt wird, die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität χ im Wesentlichen unverändert ist und Tc im Wesentlichen unverändert ist.
  • Als nächstes wurde die Magnetfeldabhängigkeit der kritischen Stromdichte Jc jeder der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 6 bei 77 K und 40 K gemessen. Die Ergebnisse der Messung von Jc sind in 12A und 12B dargestellt.
  • In 12A und 12B stellt die vertikale Achse Jc (A/cm-2) und die horizontale Achse µ0H (T) dar. 12A zeigt Ergebnisse der Messung von Jc der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 3, und 12B zeigt Ergebnisse der Messung von Jc der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 4 bis 6.
  • Hier wird im Vergleich zwischen der in 12A dargestellten Magnetfeldabhängigkeit von Jc und der Magnetfeldabhängigkeit von Jc, wenn M nicht wie in 9 dargestellt hinzugefügt wird, verstanden, dass Jc im Magnetfeld verbessert wird, indem sowohl Br als auch M zur zweiten als auch zur dritten Schicht hinzugefügt werden. Ebenso wird im Vergleich zwischen 12B und 9 erkannt, dass Jc verbessert wird, indem sowohl Br als auch M zur ersten Schicht zur dritten Schicht hinzugefügt werden.
  • Weiterhin wurde zur Beurteilung der Pinning-Kräfte der Ba2342-Kristalle und der Nanopartikel eine maximale Pinning-Kraftdichte Fp,max gemessen. Es ist zu beachten, dass bei 40 K eine Stiftkraftdichte Fp bei 4,8 T verwendet wurde, da die Stiftkraftdichte Fp keinen Maximalwert im Messbereich aufweist.
  • Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen Ergebnisse der Messung der supraleitenden Eigenschaften der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 6. Es ist zu beachten, dass als Vergleichsbeispiel 1 Tabelle 1 die supraleitenden Eigenschaften der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht zeigt, in der Br und M nicht hinzugefügt wurden. Darüber hinaus zeigt Tabelle 1 als Beispiel 7 supraleitende Eigenschaften der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht (siehe 7 für Experiment 2), bei der nur Br auf die erste Schicht der dritten Schicht aufgebracht wurde. Tabelle 1
    Tc (K) Jc bei 77 K, 0 T Jc bei 40 K, 4 T Fp,max bei 77 K Fp bei 40 K, 4.8 T
    (MA/cm2) (MA/cm2) (GN/m3) (GN/m3)
    Vergleichsbeispiel 1 Nichts hinzugefügt 90.9 2.1 0.38 1.1 17
    Beispiel 7 Br hinzugefügt 91.3 2.4 0.70 2.2 30
    Beispiel 1 Br+Zr (Zweite und dritte Schicht) 91.6 3.5 1.1 4.0 48
    Beispiel 2 Br+Sn (Zweite und dritte Schicht) 91.5 3.2 1.2 4.0 51
    Beispiel 3 Br+Hf (Zweite und dritte Schicht) 91.7 3.0 1.0 3.7 43
    Tabelle 2
    Tc (K) Jc bei 77 K, 0 T Jc bei 40 K, 4 T Fp,max bei 77 K Fp bei 40 K, 4.8 T
    (MA/cm2) (MA/cm2) (GN/m3) (GN/m3)
    Beispiel 4 Br+Zr (Erste bis dritte Schicht) 91.7 4.2 1.5 5.4 62
    Beispiel 5 Br+Sn (Erste bis dritte Schicht) 91.5 3.5 1.1 3.9 48
    Beispiel 6 Br+Hf (Erste bis dritte Schicht) 91.5 3.4 1.3 4.6 54
  • Als supraleitende Eigenschaften der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 7 und dem Vergleichsbeispiel 1 zeigen Tabelle 1 und Tabelle 2 folgende Messergebnisse: kritische Temperatur Tc; kritische Stromdichte Jc (MA/cm2) in einem Nullmagnetfeld bei 77 K; kritische Stromdichte Jc (MA/cm2) in einem Magnetfeld (4 T) bei 40 K; maximale Pinning-Kraftdichte Fp,max (GN/m3) bei 77 K; und Pinning-Kraftdichte Fp (GN/m3) in einem Magnetfeld (4.8 T) bei 40 K.
  • Konkret zeigt Tabelle 1 zusammenfassend die supraleitenden Eigenschaften der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 1 bis 3 und 7 und dem vergleichenden Beispiel 1. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 wird davon ausgegangen, dass im Falle der Zugabe von Br (Beispiel 7) höhere Jc, Fp,max und Fp erhalten wurden, verglichen mit einem Fall, in dem Br nicht hinzugefügt wurde (Vergleichsbeispiel 1). Dies liegt vermutlich an folgendem Grund: Wie in Experiment 2 gezeigt, wird die ausgezeichnete biaxiale Orientierungsstruktur der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht durch die Ba2Cu3O4Br2-Kristalle aufrechterhalten und die Kristalle fungieren als Pinning-Zentren.
  • In der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht (Beispiele 1 bis 3 und 7), in die Br eingebracht wurde, wird davon ausgegangen, dass durch weiteres Hinzufügen von M zur zweiten Schicht und zur dritten Schicht (Beispiele 1 bis 3) Jc, Fp,max und Fp gegenüber derjenigen, in der M nicht zur zweiten Schicht und zur dritten Schicht hinzugefügt wurde (Beispiel 7), stark verbessert wurden. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass, da die biaxiale Orientierungsstruktur der supraleitenden Dünnschicht aus YBCO-Oxid von den Ba2342-Kristallen aufrechterhalten wird, Pinning-Zentren weiter eingeführt werden können, was zur Verbesserung von Jc, Fp,max und Fp beiträgt.
  • Tabelle 2 zeigt zusammenfassend die supraleitenden Eigenschaften der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten nach den Beispielen 4 bis 6. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und Tabelle 2 wird davon ausgegangen, dass Jc, Fp,max und Fp weiter verbessert werden, indem sowohl Br als auch M zur ersten Schicht zur dritten Schicht hinzugefügt werden (Beispiele 4 bis 6), verglichen mit denjenigen, bei denen jeweils Br und M zur zweiten Schicht und zur dritten Schicht hinzugefügt werden (Beispiele 1 bis 3).
  • Wie in 10 dargestellt, wird in jeder der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten, in die Br eingebracht wird, die Kristallorientierung nicht verändert, auch wenn M ebenfalls der ersten Schicht hinzugefügt wird. Infolgedessen wird davon ausgegangen, dass weitere Pinning-Zentren unter Beibehaltung der biaxialen Orientierungsstruktur der YBCO-Oxid-Supraleiterdünnschicht eingeführt werden können, wodurch Jc, Fp,max und Fp weiter verbessert werden.
  • <Versuch 4> (Vergleich mit Zugabe von Cl und M)
  • Schließlich wurde der Effekt der Zugabe von Br und M zur Ausgangsmateriallösung, wie in Experiment 3 gezeigt, mit einem Effekt der Zugabe von Cl und M zur Ausgangsmateriallösung verglichen.
  • Im vorliegenden Experiment wurden durch Zugabe von Cl und M zur Ausgangsmateriallösung BaMO3-Nanopartikel in jede der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten eingebracht. Insbesondere wurde jeder supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht mit einer Dreischichtkonfiguration, einer Schichtdicke von 0,4 µm und einer Schichtzusammensetzung von YBa2.1Cu3.15MzCl0.1 Oy bei 800 °C für 60 Minuten unter PO2= 10 Pa gesintert. Als Verunreinigungsmetall wurden M, Zr, Hf oder Sn verwendet und eine Menge an Zusatz von M zur Ausgangsmateriallösung betrug jeweils 1 mol%. Es ist zu beachten, dass eine durchschnittliche Schichtkomposition, wenn sowohl Cl als auch M zur zweiten Schicht und zur dritten Schicht hinzugefügt werden, YBa2.1Cu3.15M0.007Cl0.1Oy ist, und eine durchschnittliche Schichtkomposition, wenn sowohl Cl als auch M zur ersten zu den dritten Schichten hinzugefügt werden, YBa2.1 Cu3.15M0.01 Cl0.1 Oy ist.
  • Jede der produzierten supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten wurde einer XRD-Messung unterzogen. Das XRD-Messverfahren ist das gleiche wie das in Experiment 3 verwendete Verfahren. 13 zeigt: ein XRD-Muster einer supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht, in dem Cl und Hf der zweiten Schicht und der dritten Schicht hinzugefügt werden; und ein XRD-Muster einer supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht, wobei Cl und Hf der ersten bis dritten Schicht hinzugefügt werden. In 13 stellt die vertikale Achse die Beugungsintensität (cps) und die horizontale Achse 2θ (deg) dar.
  • Unter Bezugnahme auf 13 wurde bestätigt, dass, wenn sowohl Cl als auch Hf zur ersten Schicht hinzugefügt wurden, der Peak der YBCO-(103)-Ebene im XRD-Muster erschien und die Kristallorientierung stark variiert wurde. Andererseits wurde bestätigt, dass, wenn Hf nicht der ersten Schicht hinzugefügt wurde und nur der zweiten Schicht und der dritten Schicht hinzugefügt wurde, die Variation der Kristallorientierung unterdrückt wurde. So wird hinsichtlich der Zugabe von Cl und M davon ausgegangen, dass die C-Achsen-Orientierung der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht signifikant unterdrückt wird, wenn Cl und M zur ersten Schicht hinzugefügt werden.
  • Daher wurden im vorliegenden Experiment als Vergleichsbeispiele 2 bis 5 die folgenden supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschichten hergestellt: eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, bei der nur Cl zu den ersten bis dritten Schichten hinzugefügt wurde (Vergleichsbeispiel 2); eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, bei der Cl und Zr zu den zweiten und dritten Schichten hinzugefügt wurden (Vergleichsbeispiel 3); eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, bei der Cl und Sn zu den zweiten und dritten Schichten hinzugefügt wurden (Vergleichsbeispiel 4); und eine supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht, bei der CI und Hf zur zweiten und dritten Schicht hinzugefügt wurden (Vergleichsbeispiel 5).
  • Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse der Messung der supraleitenden Eigenschaften der supraleitenden Dünnschichten aus YBCO-Oxid nach den Vergleichsbeispielen 2 bis 5, wobei zu beachten ist, dass Tabelle 3 als Vergleichsbeispiel 1 die supraleitenden Eigenschaften (Tc, Jc, Fp,max, Fp) einer supraleitenden Dünnschicht aus YBCO-Oxid zeigt, in der Cl und M nicht hinzugefügt werden. Tabelle 3
    Tc (K) Jc bei 77 K, 0 T Jc bei 40 K, 4 T Fp,max bei 77 K Fp bei 40 K, 4.8 T
    (MA/cm2) (MA/cm2) (GN/m3) (GN/m3)
    Vergleichsbeispiel 1 Nicht hinzugefügt 90.9 2.1 0.38 1.1 17
    Vergleichsbeispiel 2 Cl hinzugefügt 91.7 2.4 0.58 1.8 26
    Vergleichsbeispiel 3 Cl+Zr (zweite und dritte Schicht) 91.4 2.5 0.81 2.6 35
    Vergleichsbeispiel 4 Cl+Sn (zweite und dritte Schicht) 91.7 2.6 0.74 2.2 33
    Vergleichsbeispiel 5 Cl+Hf (zweite und dritte Schicht) 91.2 2.4 0.85 2.7 36
  • Unter Bezugnahme auf Tabelle 3 versteht man, dass höhere Jc, Fp,max und Fp durch Hinzufügen von Cl (Vergleichsbeispiel 2) erhalten wurden, verglichen mit einem Fall, in dem Cl nicht hinzugefügt wurde (Vergleichsbeispiel 1). Dies liegt vermutlich an folgendem Grund: Da die Ba2Cu3O4Cl2-Kristalle durch Zugabe von Cl gebildet werden, bleibt die biaxiale Orientierungsstruktur der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht erhalten und die Kristalle funktionieren als Pinning-Zentren.
  • Weiterhin wird davon ausgegangen, dass durch das Hinzufügen von Cl und M zur zweiten und dritten Schicht (Vergleichsbeispiele 3 bis 5) Jc, Fp,max und Fp stark verbessert wurden im Vergleich zu dem, in dem M nicht zur zweiten und dritten Schicht hinzugefügt wurde (Vergleichsbeispiel 2). Dies deutet darauf hin, dass der Effekt der Verbesserung von Jc durch Hinzufügen von Cl und M erzielt wird, wie im Falle, dass sowohl Br als auch M wie oben beschrieben hinzugefügt werden.
  • Hier, im Vergleich zwischen Beispiel 7 und Vergleichsbeispiel 2, sind durch die Zugabe von Br zu der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht Jc, Fp,max und Fp höher als die in der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht, in die Cl eingebracht ist. Weiterhin wird im Vergleich zwischen den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 3 bis 5 verstanden, dass durch das Hinzufügen von Br und M zur zweiten Schicht und zur dritten Schicht der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht Jc, Fp,max und Fp höher sind als die der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht, bei der Cl und M zur zweiten Schicht und zur dritten Schicht hinzugefügt werden.
  • Dies deutet vermutlich darauf hin, dass die Ba2Cu3O4Br2-Kristalle, die beim Hinzufügen von Br gebildet werden, einen höheren Effekt zur Förderung der biaxialen Ausrichtung des Oxid-Supraleiterkristalls haben als die Ba2Cu3O4Cl2-Kristalle, die beim Hinzufügen von Cl gebildet werden. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass die Ba2Cu3O4Br2-Kristalle als Pinning-Zentren besser funktionieren als die Ba2Cu3O4Cl2-Kristalle. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass durch die Zugabe von Br die BaMO3-Nanopartikel effektiver in die supraleitende YBCO-Oxid-Dünnschicht eingebracht werden als in diejenige, der Cl zugegeben wird. In Anbetracht der oben genannten Punkte wird vorgeschlagen, dass im Vergleich zur Zugabe von Cl die Zugabe von Br in Bezug auf die Fähigkeit, das biaxiale Orientierungswachstum des Oxid-Supraleiterkristalls zu unterstützen, ausgezeichneter ist und bei der Einführung der Pinning-Zentren effektiver ist.
  • Darüber hinaus kann, wie unter Bezugnahme auf 10B beschrieben, bei der Zugabe von Br und M die Variation der Kristallorientierung unterdrückt werden, auch wenn M auf die erste Schicht der ersten Schicht der supraleitenden YBCO-Oxid-Dünnschicht mit der Dreischichtkonfiguration aufgebracht wird. Daher wird davon ausgegangen, dass im Vergleich zur Zugabe von Cl und M ein höherer Effekt der Verbesserung von Jc erzielt werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass gemäß den Experimenten 3 und 4 bestätigt wurde, dass Jc, Fp,max und Fp die höchsten YBCO-Oxid supraleitenden Dünnschichten gemäß Beispiel 4 unter den YBCO-Oxid supraleitenden Dünnschichten gemäß den Beispielen 1 bis 7 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 sind; aus diesem Grund wird vorgeschlagen, dass die YBCO-Oxid supraleitende Dünnschicht, in der sowohl Br als auch Zr zu den ersten bis dritten Schichten hinzugefügt werden, die Wirkung der vorliegenden Erfindung deutlich zeigt.
  • Die hierin offenbarten Ausführungsformen sind veranschaulichend und in keiner Weise einschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Bedingungen der Ansprüche und nicht durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen definiert und soll alle Änderungen in den Umfang und die Bedeutung einbeziehen, die den Bedingungen der Ansprüche entsprechen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ba2Cu3O4Br2-Kristall (Ba2342 Kristall)
    2
    Metallsubstrat
    3
    Zwischenschicht
    4
    supraleitende Oxid-Dünnschicht
    5
    Schutzschicht
    6
    Stabilisierungsschicht
    10
    supraleitender Oxid-Draht
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 2013122847 [0006]
    • JP 2015106521 [0006]

Claims (11)

  1. Supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial, umfassend: ein Metallsubstrat mit einer Oberfläche mit einer biaxial orientierten Kristallorientierungsstruktur, eine biaxial orientierte und auf dem Metallsubstrat gebildete Zwischenschicht und eine supraleitende Oxid-Dünnschicht, die auf der Zwischenschicht gebildet ist und aus einem Oxid-Supraleiter auf RE123-Basis besteht, der durch REBa2Cu3Oy dargestellt wird, wobei RE ein Seltenerdelement darstellt, Ba Barium darstellt, Cu Kupfer darstellt und O Sauerstoff darstellt, wobei die supraleitende Oxid-Dünnschicht Br (Brom) beinhaltet.
  2. Supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial nach Anspruch 1, wobei die supraleitende Oxid-Dünnschicht eine Ablagerung aufweist, die auf einer Oberfläche der Zwischenschicht oder in der supraleitenden Oxid-Dünnschicht gebildet ist, und die Ablagerung Br beinhaltet.
  3. Supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial nach Anspruch 2, wobei die Ablagerung einen Ba2Cu3O4Br2-Kristall beinhaltet.
  4. Supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial nach Anspruch 3, wobei der auf der Oberfläche der Zwischenschicht gebildete Ba2Cu3O4Br2-Kristall eine obere Oberfläche und eine Seitenfläche aufweist, die eine dreidimensionale Vorlage bilden, die das biaxial orientierte Wachstum der supraleitenden Oxid-Dünnschicht unterstützt.
  5. Supraleitendes Oxid-Dünnschichtmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen BaMO3-Nanopartikel, der in der supraleitenden Oxid-Dünnschicht gebildet ist, wobei M ein Verunreinigungsmetall darstellt, wobei M eines von Hf (Hafnium), Zr (Zirkonium), Sn (Zinn), Nb (Niob), Ir (Iridium), Ti (Titan), Ce (Cer) und Bi (Wismut) ist.
  6. Supraleitender Oxid-Draht, umfassend: das supraleitende Oxid-Dünnschichtmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und eine Abdeckschicht, die mindestens die supraleitende Oxid-Dünnschicht abdeckt.
  7. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht aus einem Oxid-Supraleiter auf RE123-Basis, dargestellt durch REBa2Cu3Oy, wobei RE ein Seltenerdelement darstellt, Ba Barium darstellt, Cu Kupfer darstellt und O Sauerstoff darstellt, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen eines Metallsubstrats mit einer Oberfläche mit einer biaxial orientierten Kristallorientierungsstruktur, Bilden einer biaxial orientierten Zwischenschicht auf dem Metallsubstrat, Herstellen einer Ausgangsmateriallösung zum Bilden des Oxid-Supraleiters auf RE123-Basis, wobei Br (Brom) der Ausgangsmateriallösung zugegeben wird, Auftragen der Ausgangsmateriallösung auf die Zwischenschicht und Bilden der supraleitenden Oxid-Dünnschicht auf der Zwischenschicht durch Sintern des Metallsubstrats, auf das die Ausgangsmateriallösung aufgebracht ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht nach Anspruch 7, wobei bei der Herstellung der Ausgangsmateriallösung ein Verunreinigungsmetall der Ausgangsmateriallösung weiter zugegeben wird und das Verunreinigungsmetall eines von Hf (Hafnium), Zr (Zirkonium), Sn (Zinn), Nb (Niob), Ir (Iridium), Ti (Titan), Ce (Cer) und Bi (Wismut) ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht nach Anspruch 8, wobei die Bildung der supraleitenden Dünnschicht beinhaltet: Durchführen einer Kalzinierung zum Entfernen einer Lösungsmittelkomponente aus der Ausgangsmateriallösung durch thermisches Zersetzen der Ausgangsmateriallösung und Bilden der supraleitenden Oxid-Dünnschicht durch Sintern des Metallsubstrats, das der Kalzinierung unterzogen wurde, wobei eine kalzinierte Schicht mit einer Vielzahl von Schichten auf der Zwischenschicht gebildet wird, indem abwechselnd und wiederholt das Auftragen der Ausgangsmateriallösung und das Durchführen der Kalzinierung durchgeführt wird, und das Verunreinigungsmetall zu jeder der zweiten und späteren Schichten der Vielzahl von Schichten der kalzinierten Schicht hinzugefügt wird.
  10. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht nach Anspruch 9, worin das Verunreinigungsmetall ferner zu einer ersten Schicht aus der Vielzahl von Schichten der kalzinierten Schicht hinzugefügt wird.
  11. Verfahren zur Herstellung einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Ausgangsmateriallösung eine organische Metallverbindungslösung ohne Fluor ist.
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