DE69838591T2

DE69838591T2 - Oxid-supraleiter

Info

Publication number: DE69838591T2
Application number: DE69838591T
Authority: DE
Inventors: Mikio Kyoto-shi Takano; Zenji Uji-shi HIROI; Yoshichika Otsu-shi BANDO; Takahito Neyagawa-shi TERASHIMA; Kohji Kashiwa-shi KISHIO; Junichi Sumida-ku SHIMOYAMA; Koichi Bunkyo-ku Kitazawa; Jun Okayama-shi TAKADA; Iksu Uji-shi CHONG
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: EP1022255A1; EP1022255B1; WO1998032697A1; JPH10212123A; US6482775B2; EP1022255A4; US20020121630A1; DE69838591D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuartigen Oxid-Supraleiter. Im Besonderen betrifft die Erfindung einen Oxid-Supraleiter, der aus einem Oxid besteht, das als Metallbestandteilelemente Wismut, Blei, Strontium, Kalzium und Kupfer umfasst, und ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich des kritischen Stroms in einem magnetischen Feld aufweist.
Der neuartige Supraleiter der vorliegenden Erfindung findet eine große Vielfalt von Anwendungen, wie beispielsweise Magnete, Kabel, verschiedene Vorrichtungen, usw.
Stand der Technik
Bisher wurde eine Anzahl von Oxid-Basis Hochtemperatursupraleitern gefunden. Allerdings weisen alle dieser Supraleiter eine Struktur auf, bei der supraleitende Schichten, die aus Kupfer-Sauerstoff-Ebenen bestehen, und nicht-supraleitende Schichten abwechselnd geschichtet sind, und deren elektrische magnetische Eigenschaften eine hohe Anisotropie aufweisen, die eine solche Struktur reflektiert. Die Kristallsysteme solcher Oxid-Supraleiter sind tetragonal oder orthorombisch, und die Kupfer-Sauerstoff-Ebenen bilden ab-Ebenen aus. Ein großer supraleitender Strom kann in der Richtung solcher Ebenen fließen, während wenig Strom in der Richtung der c-Achse fließt.
Große Oxid-Basis Hochtemperatursupraleitende Materialien bestehen aus Polykristallen. In einem solchen Fall sollten, damit ein hoher supraleitender Strom fließt, die ab-Ebenen des Kristalls ausgerichtet sein, d. h. die Kristalle sind ausgerichtet und dem Strom wird erlaubt, parallel zu den ab-Ebenen zu fließen.
Wismut-Basis Supraleiter weisen eine sehr große Anisotropie von Kristallwachstumsgraten auf, und folglich wachsen die ab-Ebenen des Kristalls, bei dem ein supraleitender Strom einfach fließt, in der Form einer dünnen Platte. Folglich ist es einfach, Kristalle mechanisch auszurichten, oder Kristalle während des Wachstums von Kristallen von einer Schmelze unter Ausnutzung der Anisotropie der Oberfläche oder einer Schnittstellenenergie auszurichten.
Unter Wismut-Basis Supraleitern wurden die Bi2122- und Bi2223-Phasen, die eine hohe kritische Temperatur (Tc) aufweisen, als industrielle Materialien entwickelt. Das Verhältnis von Wismut:Strontium:Kalzium:Kupfer in der ersteren Phase beträgt ungefähr 2:2:1:2, während ein solches Verhältnis in der letzteren Phase ungefähr 2:2:2:3 beträgt. In der letzteren Phase werden 10 bis 20 Atom-% Blei mit Wismut zur Beschleunigung des Kristallwachstums und der Stabilisierung der Struktur ersetzt.
Die Entwicklung von Drähten, welche solche Wismut-basierten supraleitenden Materialien verwenden, ist eine der fortschrittlichsten Bereiche unter den Hochtemperatur-Oxid-Supraleitenden Materialien, aufgrund der einfachen Ausrichtung der Kristalle. In dem Fall der Bi2212-Phase wurde ein Draht, der eine Dicken von einigen 10 bis einigen 100 μm aufweist und aus plattenförmigen Kristallen besteht, welche dichte und ausgerichtete Strukturen aufweisen, durch ein Schmelz-Verfestigungs-Verfahren auf einem Bandform-Metallsubstrat oder in einer Metallhülle entwickelt. In dem Fall der Bi2223-Phase wurde ein ummantelter Bandform-Metalldraht entwickelt, bei dem die Kristalle im Verlauf von einer Kaltumformung mechanisch ausgerichtet werden.
Die kritische Stromdichte (Jc) eines solchen Drahts in der Abwesenheit eines magnetischen Felds beträgt einige Zehntausend A/cm² bei der Flüssigstickstoff-Temperatur (77 K), oder einige Hunderttausend A/cm² bei einer geringen Temperatur von 30 K oder weniger. Diese Werte liegen auf dem höchsten Niveau unter den Oxid-Hochtemperatursupraleitern, welche eine Länge von einigen Metern oder länger aufweisen, und erreichen ein praxisnahes Niveau. Zurzeit werden Stromleiter, supraleitende Kabel, supraleitende Magnetvorrichtungen, die bei 20 K oder weniger arbeiten können, und dergleichen unter Verwendung solcher Drähte entwickelt, und erreichen eine praktische Anwendung.
Die Eigenschafen von supraleitenden Materialien aus der Sicht der Anwendungen in der elektrischen Schwerindustrie bestehen darin, dass einer großen Menge eines Stroms erlaubt wird, durch die Materialien bei einer hohen Stromdichte ohne Verlust zu fließen, und in diesem Zusammenhang können sie ein starkes magnetisches Feld von einigen Tesla oder mehr erzeugen. Herkömmliche (klassische) Metallsupraleiter benötigen zwangsläufig eine Kühlung mit flüssigem Helium, das eine teure und eine wertvolle Quelle ist, da sie ein geringes Tc aufweisen. Allerdings können Hochtemperatur-Oxid-Supraleiter Anwendungen finden, die ein ökonomisches und einfaches Kühlen mit flüssigem Stickstoff oder durch Kühlanlagen benötigen. Daher wird erwartet, dass sich supraleitende Anlagen stark verbreiten werden. Ferner wird erwartet, das Hochtemperatur-Oxid-Supraleiter viel Anwendung in den technischen Gebieten finden werden, die sich eher in einem magnetischen Feld befinden, oder die ein magnetisches Feld erzeugen, als Anwendungen, wie beispielsweise Kabel, usw., in Abwesenheit eines magnetischen Felds.
Wie es oben dargelegt wurde, weisen Wismut-Basis Supraleiter eine hohe Anisotropie der Kristallwachstumsraten auf und folglich können ihre ausgerichteten Strukturen einfach erhalten werden. Folglich ist ihre Anwendung als Materialien am stärksten fortgeschritten, und es kann möglich sein, den Markt der Supraleiter stark zu vergrößern, wenn die Anwendungen bei einer hohen Temperatur in einem magnetischen Feld unter Verwendung von Wismut-Basis Supraleitern entwickelt werden.
Allerdings sind unter Oxid-Supraleitern Wismut-Basis Supraleiter typische Materialien, die eine sehr hohe elektrisch-magnetische Anisotropie, d. h. eine sehr schwache Bindung zwischen supraleitenden schichten, aufweisen. Folglich wird ein magnetischer Fluss kaum in einem Supraleiter in einem magnetischen Feld parallel zur c-Achse eines Kristalls fixiert bzw. gepinnt, und der magnetische Fluss wird selbst durch einen geringen Strom verschoben, so dass ein endlicher Widerstand in dem Supraleiter erzeugt wird. Der Einfluss einer Wärmefluktuation ist gering, und Ausrichten bzw. fixieren (pinning) funktioniert wirkungsvoll bei einer geringen Temperatur, und Supraleiter weisen ein ausreichend hohes Jc (kritische Stromdichte) in einem hohen magnetischen Feld auf. Allerdings bewegt sich bei einer Temperatur von 30 K oder mehr ein magnetischer Fluss sehr einfach, und folglich fällt Jc in einem magnetischen Feld stark ab. Folglich weisen Wismut-Basis Supraleiter ein praktisch ausreichendes Jc lediglich in einem sehr kleinen magnetischen Feld bei einer sehr hohen Temperatur, wie beispielsweise der Flüssigstickstoff-Temperatur, auf. Beispielsweise beträgt in dem Fall eines Drahts der Bi2212-Phase die Intensität eines magnetischen Felds, bei dem Jc 0 (Null) wird (irreversibles magnetisches Feld), lediglich 0,02 Tesla in einem magnetischen Feld parallel zur c-Achse bei der Flüssigstickstoff-Temperatur. Ferner wurde in dem Fall anderer Oxid-Supraleiter, die eine stärkere Pinning-Funktion aufweisen, kein Material entwickelt, das eine große Länge und ein hohes Jc aufweist, da es schwierig ist, die Ausrichtung von Kristallen zu steuern.
Es wurden viele Versuche durchgeführt, um die Pinning-Eigenschaft von Wismut-Basis Supraleitern zu verbessern. Das Einbringen von künstlichen Fehlstellen durch die Bestrahlung mit schweren Ionen oder Neutronen, das sehr wirkungsvoll ist, ist kein industriell anwendbares Verfahren, während das Einbringen von Ti, Zr, Hf, usw. in Kristallen die Eigenschaften der Supraleiter auf ein praktisches bzw. praxisnahes Niveaus nicht verbessern kann.
Es ist notwendig, wirkungsvolle Pinning-Zentren einzubringen, um die Jc Eigenschaften von Wismut-Basis Supraleitern in einem magnetischen Feld zu verbessern. Aus praktischer Sicht sind chemische oder mechanische Verfahren wünschenswert, um Pinning-Zentren einzubringen. Beispiele von Pinning-Zentren enthalten nicht supraleitende Ablagerungen, strukturelle Fehlstellen, Korngrenzen von Kristallen, usw.. Da die Kristalle von Wismut-Basis Supraleitern in der Form von dünnen Platten vorliegen, ist es schwierig, Störstellen absichtlich in den Supraleiter einzubringen und leitende Ablagerungen in das Innere der Kristalle einzubringen, während die Korngrenzen als schwache Pinning-Zentren fungieren.
Yttrium- oder Lanthan-Basis Supraleiter weisen eine schwache Supraleitfähigkeit um Sauerstofffehlstellen herum auf, und die Supraleitung wird in der Nähe der Sauerstofffehlstellen in einem magnetischen Feld, das eine bestimmte Intensität aufweist, gebrochen. Ein solches Phänomen wird verwendet, um eine Pinning-Stärke zu verbessern. Allerdings wird in dem Fall von Wismut-Basis Supraleitern eine wesentliche Pinning-Funktion nicht verbessert, obwohl anisotropische elektrisch-magnetische Eigenschaften mehr oder weniger durch Steuerung der Sauerstoffmenge verbessert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfinder haben herausgefunden, dass wenn ein Teil von Wismutatomen durch Bleiatome in der Bi2212-Phase eines Wismut-Basis Supraleiters ersetzt werden, sich Domänen, welche eine hohe Bleikonzentration aufweisen, und Domänen, welche eine geringe Bleikonzentration aufweisen, durch den Kristall hinweg ausbilden, so dass plattenförmige oder säulenförmige innere Strukturen an einer Bleireichen Anordnung ausbilden, bei der ein molares Verhältnis von Blei zu Wismut 0,2:1 oder mehr beträgt.
Gemäß der Erfindung, wie sie in Anspruch 1 beansprucht wird, wird ein Oxid-Supraleiter bereitgestellt, der als Metallbestandteilelemente Wismut, Blei, Strontium, Kalzium und Kupfer umfasst, der ein molares Verhältnis von Blei zu Wismut von wenigstens 0,2:1, vorzugsweise von 0,2:1 bis 0,7:1 aufweist, und ein hohes irreversibles magnetisches Feld und eine hohe kritische Stromdichte aufweist. Der Oxid-Supraleiter weist eine Domänenstruktur auf, die Domänen M, welche eine lang-periodische Struktur mit einer Periode von wenigstens 30 Å (1 Å = 0,1 nm), vorzugsweise von 30 bis 80 Å, in der Richtung der b-Achse aufweisen, und Domänen N umfasst, die keine lang-periodische Struktur aufweisen.
Vorzugsweise weisen die Oxid-Supraleiter gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung auf:

(A) eine geschichtete innere Struktur auf, in der plattenförmige kristalline Domänen N, die eine Dicke von ungefähr 50 bis 1000 Å und eine relativ hohe Bleikonzentration aufweisen, und plattenförmige kristalline Domänen M, die eine Dicke von ungefähr 100 bis 2000 Å und eine relativ geringe Bleikonzentration aufweisen, abwechselnd in der Richtung der b-Achse des Kristalls oder in einer Richtung geschichtet sind, die gegenüber der b-Achse in Richtung der a-Achse (beispielsweise eine Richtung, die um 0 bis 60° bezügliche der b-Achse geneigt ist) geneigt ist,
(B) eine säulenförmige innere Struktur, bei der säulenförmige oder zylindrische kristalline Domänen, die einen Durchmesser von ungefähr 100 bis 2000 Å und eine relativ hohe Bleikonzentration aufweisen, in einem Intervall von ungefähr 100 bis 2000 Å in einer kristallinen Matrixdomäne M, die eine relativ geringe Bleikonzentration aufweist, vorhanden sind, oder
(C) sowohl die geschichtete innere Struktur (A) als auch die säulenförmige innere Struktur (B).

In jedem Fall ist die Bleikonzentration in den Domänen N größer als die in der Domäne oder den Domänen M.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vergrößerte schematische Teilansicht eines Beispiels einer Kristallstruktur eines Oxid-Supraleiters gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte schematische Teilansicht eines weiteren Beispiels der Kristallstruktur eines Oxid-Supraleiters gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine rasterelektronmikroskopische Aufnahme hoher Auflösung der Kristallstruktur des Oxid-Supraleiters, der in dem Beispiel 1 erhalten wird.
4 ist eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme hoher Auflösung der Kristallstruktur des Oxid-Supraleiters, der in Beispiel 2 erhalten wird.
Ausführungsformen der Erfindung
In dem Oxid-Supraleiter der vorliegenden Erfindung beträgt ein Verhältnis von (Wismut + Blei):Strontium:Kalzium:Kupfer 2:2:1:2 oder ungefähr ein solches Verhältnis. Beispielsweise kann eine bevorzugte elementare Beschaffenheit durch die Formel ausgedrückt werden: BixPBySrpCaqCu2Oδ wobei δ eine Zahl von 7 bis 9, vorzugsweise 7,5 bis 8,5 ist; und x, y, p und q jeweils positive Zahlen sind, vorausgesetzt, dass die Summe von x und y im Bereich von 1,8 bis 2,5 liegt, vorzugsweise von 1,8 und 2,2, im Besonderen 2; das Verhältnis von y zu x (y:x) beträgt wenigstens 0,2:1 vorzugsweise von 0,2:1 bis 0,7:1, und die Summe von p und q beträgt 2,5 bis 3,5, vorzugsweise 3, und das Verhältnis von p zu q (p:q) beträgt vorzugsweise 2:1.
1 und 2 sind vergrößerte schematische Teilansichten von Beispielen der Kristallstruktur des Oxid-Supraleiters gemäß der vorliegenden Erfindung. In den 1 und 2 sind die Domänen N, in denen eine Bleikonzentration hoch ist, durch graue Domänen gezeigt. Solche inneren Strukturen können deutlich mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop begutachtet bzw. beobachtet werden. Vergleiche die unten genannten Beispiele und 3 und 4.
In den Domänen N, die eine hohe Bleikonzentration aufweisen, und in der Domäne M, welche eine geringe Bleikonzentration aufweist, die in 1 gezeigt sind, verlaufen Richtungen senkrecht zu den Ebenen solcher Domänen parallel zur Richtung der b-Achse, oder sind um 0 bis 60° bezüglich der b-Achse in Richtung aus die a-Achse geneigt. Die Dicke der Domänen N und Domänen M beträgt jeweils ungefähr 50 bis 1000 Å, und ungefähr 100 bis 2000 Å.
Die Domänen N, welche eine hohe Bleikonzentration aufweisen, die in 2 gezeigt sind, weisen säulenförmige oder zylindrische Strukturen auf, die sich in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur ab-Ebene erstrecken. Der Durchmesser solcher Domänen beträgt ungefähr 100 bis 2000 Å.
Solche Domänenstrukturen weisen Schnittstellen auf, die senkrecht zur ab-Ebene liegen, oder leicht bezüglich zur ab-Ebene geneigt sind. Folglich wirken die Schnittstellen als wirkungsvolle Pinning-Zentren gegen ein magnetisches Felld parallel mit der c-Achse, und folglich weisen die Supraleiter der vorliegenden Erfindung ein hohes Jc selbst bei einer hohen Temperatur in einem hohen Magnetfeld auf.
Es wurde bestätigt, dass der Oxid-Supraleiter der vorliegenden Erfindung ein Jc, das das Mehrfach bis mehrere Zehnfache von dem der herkömmlichen Wismut-Basis Supraleiter beträgt, und ein irreversibles Magnetisches Feld bei einer hohen Temperatur von 30 K oder größer aufweist. Im Besonderen erreicht ein irreversibles magnetisches Feld maximal 0,1 Tesla, selbst bei der Flüssigstickstoff-Temperatur (77 K). Das legt nahe, dass es möglich ist, einen supraleitenden Magneten vom Grad einiger Tesla zusammenzufügen, der mit Flüssigstickstoff gekühlt wird, der gestaltet ist, so dass sich ein erzeugtes magnetisches Feld wenn möglich parallel zur ab-Ebene, befindet (wobei die Magnetfeldkomponente in der c-Achse maximal einige % des zentralen Magnetfelds beträgt).
Der Oxid-Supraleiter der vorliegenden Erfindung kann im Wesentlichen durch dieselben Verfahren wie bei den Herstellungsverfahren von herkömmlichen Wismut-Basis Oxid-Supraleitern hergestellt werden, mit der Ausnahme, dass die Menge von Rohmaterialien so angepasst ist, dass sich das molare Verhältnis von Blei zu Wismut in dem Bereich befindet, der durch die vorliegende Erfindung definiert ist.
Das Ersetzen mit Blei ist ein chemisches Verfahren, das durch ein allgemeines Wärmebehandlungsverfahren Durchgeführt werden kann. Folglich kann ein herkömmliches Draht-Herstellungsverfahren einfach angewendet werden. Dementsprechend können Materialien und eine supraleitende Anlage, die gute Eigenschaften bei einer hohen Temperatur in einem hohen Magnetfeld aufweist, erhalten werden.
Der Wismut-Basis Supraleiter der vorliegenden Erfindung weist ein hohes Jc auf, selbst bei einer hohen Temperatur in einem hohen Magnetfeld, da er Blei insgesamt in einer hohen Konzentration enthält, wobei die Bleikonzentration von Domäne zu Domäne variiert, und die Schnittstellen zwischen den Domänen eine hohe Bleikonzentration aufweisen und die Domänen, die eine geringe Bleikonzentration aufweisen, als Pinning-Zentren fungieren.
Beispiele
Beispiel 1
Es wurde Wismutoxid, Bleioxid, Strontiumcarbonat, Kalziumcarbonat und Kupferoxid gewichtet, so dass ein molares Verhältnis von Wismut:Blei:Strontium:Kalzium:Kupfer 1,6:0,6:2:1:2 (Blei:Wismut = 0,372:1) betrug, und gemischt. Anschließend wurde die Mischung bei 820°C in Luft für 48 Stunden gebrannt.
Das gesinterte Pulver wurde in der Form eines Zylinders pressgeformt, der einen Durchmesser von 6 mm aufwies, und durch ein Flusszonenschmelzverfahren, das einen Infrarot-Kondensationsofen verwendet, erhitzt, um ein einzelnes Kristall auszubilden. Der erhaltene einzelne Kristall wurde gespalten und geschnitten, um drei Stücke zu erhalten, wobei jedes eine Größe von 1 mm × 1 mm × 0,05 mm aufwies, die jeweils als A, B und C bezeichnet werden.
Proben A und B wurden jeweils in einer jeweiligen Quarzröhre unter 1 atm. Sauerstoff und 0,0001 atm. Sauerstoff versiegelt. Probe A wurde bei 400°C für 48 Stunden erhitzt, während Probe B bei 600°C für 24 Stunde erhitzt wurde, und anschließend wurden beide Proben abgelöscht. Probe C wurde nicht gebrannt.
Die kritischen Temperaturen der Proben A, B und C, die durch die Veränderung der Suszeptibilität in Abhängigkeit einer Temperatur erhalten wurden, betrugen jeweils 67 K, 83 K und 87 K.
Die JC-Werte der Proben A, B und C, die durch ein Magnetisierungsverfahren bei 40 K in einem Magnetfeld von 0,1 Tesla parallel mit der c-Achse gemessen wurden, betrugen jeweils 80.000 A/cm², 70.000 A/cm² und 70.000 A/cm².
Die irreversiblen Magnetfelder der Proben B und C bei der Flüssigstickstoff-Temperatur (77 K) betrugen jeweils 0,1 Tesla und 0,05 Tesla.
Proben A, B und C wurden mit einem Transmissionselektronenmikroskop beobachtet. Alle Proben wiesen eine Struktur, wie sie in 3 gezeigt ist, auf, bei der Domänen, welche eine hohe Bleikonzentration und kein lang-periodische Struktur (in 3 weisen die bandförmigen Domänen N keine Streifen auf) aufweisen, und Domänen, die eine geringe Bleikonzentration und eine lang-periodische Struktur (in 3 weisen die bandförmigen Domänen M Streifen auf) aufweisen, wurden abwechselnd in der Richtung der b-Achse geschichtet. Hier ist 3 eine transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme der Probe C.
Beispiel 2
Wismutoxid, Bleioxid, Strontiumcarbonat, Kalziumcarbonat und Kupferoxid wurden gewichtet, so dass ein molares Verhältnis von Wismut:Blei:Strontium:Kalzium:Kupfer 1,5:0,7:2:1:2 (Blei:Wismut = 0,467:1) betrug, und gemischt. Anschließend wurde die Mischung bei 820°C in Luft für 48 Stunden gebrannt.
Das gesinterte Pulver wurde in der Form eines Zylinders, der einen Durchmesser von 6 mm aufwies, pressgeformt und durch eine Flusszonen-Schmelzverfahren, das einen Infrarotkondensationsofen verwendet, um einen einzelnen Kristall auszubilden, erhitzt. Der erhaltene einzelne Kristall wurde gespalten und geschnitten, um ein Teil zu erhalten, das eine Größe von 1 mm × 1 mm × 0,05 mm aufweist.
Die kritische Temperatur der Probe, die aus der Veränderung einer Suszeptibilität in Abhängigkeit einer Temperatur erhalten wurde, betrug 85 K.
Der Jc-Wert der Probe, die durch ein Magnetisierungsverfahren bei 30 K in einem Magnetfeld von 0,1 Tesla parallel zur c-Achse gemessen wurde, betrug 200.000 A/cm².
Die Probe wurde mit einem Transmissionselektronenmikroskop begutachtet. Die Probe wies eine Struktur, wie sie in 4 gezeigt ist, auf, in der die Domänen, welche eine hohe Bleikonzentration und keine lang-periodische Struktur aufweisen (in 4 weisen die Domänen N keine Streifen auf), in der Domäne gewachsen sind, welche eine geringe Bleikonzentration und eine lang-periodische Struktur (in 4 weist die Domäne M Streifen auf) in der Richtung senkrecht zu der ab-Ebene aufweist.
Vergleichendes Beispiel 1
Wismutoxid, Bleioxid, Strontiumcarbonat, Kalziumcarbonat und Kupferoxid wurden gewichtet, so dass ein molares Verhältnis von Wismut:Blei:Strontium:Kalzium:Kupfer (2,2 – z):Z:2:1:2 (z = 0 oder 0,2) betrug, und gemischt. Anschließend wurde die Mischung bei 820°C in Luft für 48 Stunden gebrannt.
Das gesinterte Pulver jeder Komposition wurde in der Form eines Zylinders, der einen Durchmesser von 6 mm aufwies, pressgeformt, und durch ein Flusszonen-Schmelzverfahren erhitzt, das einen Infrarotkondensationsofen verwendet, um einen einzelnen Kristall auszubilden. Der erhaltene einzelne Kristall wurde gespalten und geschnitten, um drei Teile zu erhalten, wobei jedes eine Größe von 1 mm × 1 mm × 0,05 mm für jede Beschaffenheit aufweist.
Die erste Probe jeder Beschaffenheit wurde in einer Quarzröhre unter 1 atm. Sauerstoff versiegelt, und bei 400°C für 48 Stunden (Wärmebehandlung a) erhitzt, während die zweite Probe jeder Beschaffenheit in einer Quarzröhre unter 0,0001 atm. Sauerstoff versiegelt und bei 600°C für 24 Stunden (Wärmebehandlung b) erhitzt wurde. Anschließend wurden die beiden Proben abgekühlt bzw. abgelöscht. Die dritten Proben der beiden Beschaffenheiten wurden nicht gebrannt.
Die kritischen Temperaturen der Proben, welche die Beschaffenheit aufwiesen, bei der z Null (0) ist, betrugen jeweils 72 K und 87 K nach den Wärmebehandlungen a und b. Die kritische Temperatur der nicht gebrannten Probe betrug 82 K.
Der Jc-Wert der Probe, die der Wärmebehandlung a ausgesetzt wurde, der durch ein Magnesierungsverfahren bei 40 K in einem Magnetfeld von 0,1 Tesla parallel zur c-Achse gemessen wurde, betrug 1500 A/cm², während die Jc-Werte der Probe, die der Wärmebehandlung b ausgesetzt wurde, und der ungebrannten Probe beide Null (0) bei 40 K in dem Magnetfeld von 0,1 Tesla waren.
Die kritischen Temperaturen der Proben, welche die Beschaffenheit aufwiesen, bei der z 0,2 ist, betrugen jeweils 73 K und 88 K nach den Wärmebehandlungen a und b. Die kritische Temperatur der ungebrannten Probe betrug 82 K.
Der Jc-Wert der Probe, welche der Wärmebehandlung a ausgesetzt wurde, der durch ein Magnesierungsverfahren bei 40 K in einem Magnetfeld von 0,1 Tesla parallel zur c-Achse gemessen wurde, betrug 1600 A/cm², während der Jc-Wert der Probe, welche der Wärmebehandlung b ausgesetzt war, und der nicht gebrannten Probe beide Null (0) bei 40 K in dem Magnetfeld von 0,1 Tesla waren.
Die Mikrostrukturen der Proben wurden mit einem Transmissionselektronenmikroskop begutachtet. Alle Proben für z = 0 und 0,2 wiesen eine lang-periodische Struktur mit einer einheitlichen Periode über die gesamten Proben auf.

Claims

Oxid-Supraleiter, der aus einem Oxid besteht, das als Metallbestandteilelemente Wismut, Blei, Strontium, Kalzium und Kupfer umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Supraleiter eine Domänenstruktur aufweist, die Domänen M, die eine lang-periodische Struktur mit einer Periode von wenigstens 3 nm (30 Å) in der Richtung der b-Achse aufweisen, und Domänen N umfasst, die keine lang-periodische Struktur aufweisen, wobei das molare Verhältnis von Blei zu Wismut in dem Oxid-Supraleiter wenigstens 0.2:1 beträgt.
Oxid-Supraleiter nach Anspruch 1, der eine Elementrezeptur aufweist, dargestellt durch die Formel: Bi_xPB_ySr_pCa_qCu₂O_δ wobei δ eine Zahl von 7 bis 9 ist; und x, y, p und q jeweils positive Zahlen sind, wobei vorausgesetzt ist, dass die Summe von x und y im Bereich von 1,8 bis 2,5 liegt; das Verhältnis von y zu x (y:x) im Bereich von 0,2:1 bis 0,7:1 liegt, und die Summe von p und q im Bereich von 2,5 bis 3,5 liegt.
Oxid-Supraleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bleikonzentration in den Domänen N größer als in den Domänen M ist.
Oxid-Supraleiter nach Anspruch 1, der eine geschichtete innere Struktur aufweist, in der plattenförmige kristalline Domänen N, die eine Dicke von ungefähr 5 bis 100 nm (50 bis 1000 Å) und eine relativ hohe Bleikonzentration aufweisen, und plattenförmige Domänen M, die eine Dicke von ungefähr 10 bis 200 nm (100 bis 2000 Å) und eine relativ geringe Bleikonzentration aufweisen, abwechselnd in einer Richtung der b-Achse des Kristalls oder in einer Richtung, die schräg von der b-Achse in Richtung der a-Achse verläuft, geschichtet sind.
Oxid-Supraleiter nach Anspruch 1, der eine säulenförmige innere Struktur aufweist, in der säulenförmige oder zylindrische kristalline Domänen, die einen Durchmesser von ungefähr 10 bis 200 nm (100 bis 2000 Å) und eine relativ hohe Bleikonzentration aufweisen, in einem Intervall von ungefähr 10 bis 200 nm (100 bis 2000 Å) in einer kristallinen Matrixdomäne M, die eine relativ geringe Bleikonzentration aufweist, vorhanden sind.
Oxid-Supraleiter nach Anspruch 1, der sowohl die geschichtete innere Struktur nach Anspruch 3 als auch die säulenförmige innere Struktur nach Anspruch 4 aufweist.