JP2001247311A - 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 - Google Patents
不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】超伝導異方性が小さく、高い臨界電流密度(Jc)
と、大きい不可逆磁界(Hirr)、擬等方的な、層に垂直方
向（この方向をｃ軸方向、層面内をａｂ軸とする）の長
いコヒーレンス長ξc をもち、且つ超伝導臨界温度( Ｔ
c ) が例えば100K以上の高温超伝導体を提供する。 【解決手段】電荷供給層と超伝導層の２次元的な層状構
造をもつ高温超伝導体において、電荷供給層を構成する
原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷供給
層を金属化若しくは超伝導化すると共に、超伝導層の厚
さを大きくして超伝導異方性を低くしたことを特徴とす
る低異方性高温超伝導体。
と、大きい不可逆磁界(Hirr)、擬等方的な、層に垂直方
向（この方向をｃ軸方向、層面内をａｂ軸とする）の長
いコヒーレンス長ξc をもち、且つ超伝導臨界温度( Ｔ
c ) が例えば100K以上の高温超伝導体を提供する。 【解決手段】電荷供給層と超伝導層の２次元的な層状構
造をもつ高温超伝導体において、電荷供給層を構成する
原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷供給
層を金属化若しくは超伝導化すると共に、超伝導層の厚
さを大きくして超伝導異方性を低くしたことを特徴とす
る低異方性高温超伝導体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超伝導異方性が小さ
く、高い臨界電流密度(Jc)と、高い不可逆磁界(Hirr)、
擬等方的な、層に垂直方向（この方向をｃ軸方向、層面
内をａｂ軸とする）の長いコヒーレンス長ξc をもち、
且つ超伝導臨界温度( Ｔc ) が例えば100K以上の高温超
伝導体とその製造方法に関するものである。
く、高い臨界電流密度(Jc)と、高い不可逆磁界(Hirr)、
擬等方的な、層に垂直方向（この方向をｃ軸方向、層面
内をａｂ軸とする）の長いコヒーレンス長ξc をもち、
且つ超伝導臨界温度( Ｔc ) が例えば100K以上の高温超
伝導体とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来、高Ｔc は高い超伝導異
方性（２次元性）と密接に関連していると考えられ、電
荷供給層と超伝導層の２次元的な層状構造をもつ高温超
伝導体としては、例えば銅酸化物超伝導体のY、Bi、Tl、Hg
系超伝導体が知られているに過ぎない。
方性（２次元性）と密接に関連していると考えられ、電
荷供給層と超伝導層の２次元的な層状構造をもつ高温超
伝導体としては、例えば銅酸化物超伝導体のY、Bi、Tl、Hg
系超伝導体が知られているに過ぎない。
【０００３】しかも、これらの層状構造をもつ超伝導体
では電荷供給層が絶縁層又は非超伝導層であり、ｃ軸方
向の超伝導結合が小さく、従って超伝導層間の相互作用
が小さいか、また超伝導層の厚さが薄かったため、超伝
導異方性γ（γはコヒーレンス長比、電子有効質量比の
平方根、または磁場侵入深さ比で、γ＝ξab/ ξc ＝(m
c/mab)1/2= λc/λabと定義する。）が４〜５から300
程度と大きかった。
では電荷供給層が絶縁層又は非超伝導層であり、ｃ軸方
向の超伝導結合が小さく、従って超伝導層間の相互作用
が小さいか、また超伝導層の厚さが薄かったため、超伝
導異方性γ（γはコヒーレンス長比、電子有効質量比の
平方根、または磁場侵入深さ比で、γ＝ξab/ ξc ＝(m
c/mab)1/2= λc/λabと定義する。）が４〜５から300
程度と大きかった。
【０００４】そのため、Jc, 特に高磁界下のJcや、電気
抵抗が発生するHirrが小さくなり、実用超伝導材料とし
ての線材、バルク材としては多くの問題がある。
抵抗が発生するHirrが小さくなり、実用超伝導材料とし
ての線材、バルク材としては多くの問題がある。
【０００５】また異方性が大きいためｃ軸方向のコヒー
レント長ξc が短く、超伝導素子材料として積層構造の
超伝導素子の特性、特にジョセフソン電流密度が不十分
であった。
レント長ξc が短く、超伝導素子材料として積層構造の
超伝導素子の特性、特にジョセフソン電流密度が不十分
であった。
【０００６】なお、Hg系のHg-1201(HgBa2CuO4+n)や無限
層構造超伝導体(Sr1-xLaxCuO2)に関しては低異方性を主
張する報告もあるが、本願発明者らの研究によればこれ
らは低異方性超伝導体に該当しない。
層構造超伝導体(Sr1-xLaxCuO2)に関しては低異方性を主
張する報告もあるが、本願発明者らの研究によればこれ
らは低異方性超伝導体に該当しない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、この発明では電荷供給層と超伝導層の２次元的な層
状構造をもつ高温超伝導体において、電荷供給層を構成
する原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷
供給層を金属化若しくは超伝導化すると共に、不確定性
原理に基づいて超伝導層の厚さを大きくして超伝導異方
性を低くした低異方性高温超伝導体とその製造方法を提
案するものである。
め、この発明では電荷供給層と超伝導層の２次元的な層
状構造をもつ高温超伝導体において、電荷供給層を構成
する原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷
供給層を金属化若しくは超伝導化すると共に、不確定性
原理に基づいて超伝導層の厚さを大きくして超伝導異方
性を低くした低異方性高温超伝導体とその製造方法を提
案するものである。
【０００８】本発明の低異方性高温超伝導体は、組成式
Cu1-xMx(Ba1-y Sry)2(Ca1-zLz)n-1CunO2n+4-w （式中、
M=Tl,L=Li,Na,Y,ランタニド系列元素の一元素又は複数
元素、0 <x < 0．７, 0≦y ≦1, 0≦z ≦1, 0≦w ≦4,
3≦n ≦16）で記述できる銅酸化物超伝導体であり、こ
の出願の原出願である特願平９−４４５２１に係る発明
とは、M=Tlである点において一致するが、次の点におい
て相違する。 本願発明が0 <x < 0.7 であるのに対して、特願平９
−４４５２１に係る発明では、0<x<1である。 本願発明では 3≦n ≦16であるのに対して、特願平９
−４４５２１に係る発明では、 3≦n ≦16かつn=4を除
くこと。 我々の認識では、本願発明は、特願平９−４４５２１に
係る発明の範囲外の超伝導異方性を低くした低異方性高
温超伝導体が得られる点において、相違しており、両者
はその効果において相違するから、別発明であると確信
するものであります。さらに、結果として、我々が誤っ
て発表した文献：H.Ihara et al.,"How to enhance coh
erence length along c-axis(ζc) of High-Tc cuprate
superconductors", Advances in superconductivityIX
(Proceedings of the 9th international symposium on
superconductivity(ISS'96)),October 21-24, 1996,Sa
pporoには、M=Tlについて、記載されている。しかし、0
<x < 0.7において、組成式に関する具体的なデータは
一切記載いたしておりません。したがって、この文献に
は、ｘ＝０、ｎ＝４の場合が開示されているにすぎませ
ん。開示されていない組成式の超伝導体が、どのような
特性を示すかについては、当業者と雖も容易に予測でき
るものではありません。
Cu1-xMx(Ba1-y Sry)2(Ca1-zLz)n-1CunO2n+4-w （式中、
M=Tl,L=Li,Na,Y,ランタニド系列元素の一元素又は複数
元素、0 <x < 0．７, 0≦y ≦1, 0≦z ≦1, 0≦w ≦4,
3≦n ≦16）で記述できる銅酸化物超伝導体であり、こ
の出願の原出願である特願平９−４４５２１に係る発明
とは、M=Tlである点において一致するが、次の点におい
て相違する。 本願発明が0 <x < 0.7 であるのに対して、特願平９
−４４５２１に係る発明では、0<x<1である。 本願発明では 3≦n ≦16であるのに対して、特願平９
−４４５２１に係る発明では、 3≦n ≦16かつn=4を除
くこと。 我々の認識では、本願発明は、特願平９−４４５２１に
係る発明の範囲外の超伝導異方性を低くした低異方性高
温超伝導体が得られる点において、相違しており、両者
はその効果において相違するから、別発明であると確信
するものであります。さらに、結果として、我々が誤っ
て発表した文献：H.Ihara et al.,"How to enhance coh
erence length along c-axis(ζc) of High-Tc cuprate
superconductors", Advances in superconductivityIX
(Proceedings of the 9th international symposium on
superconductivity(ISS'96)),October 21-24, 1996,Sa
pporoには、M=Tlについて、記載されている。しかし、0
<x < 0.7において、組成式に関する具体的なデータは
一切記載いたしておりません。したがって、この文献に
は、ｘ＝０、ｎ＝４の場合が開示されているにすぎませ
ん。開示されていない組成式の超伝導体が、どのような
特性を示すかについては、当業者と雖も容易に予測でき
るものではありません。
【０００９】この発明に係る低異方性高温超伝導体の製
造には、高圧合成法、ホットプレス法、ＨＩＰ法（高温
静水圧処理法）、スパッタリング法、更にレーザアブレ
ーション法等の非平衡な製造法を利用する。スパッタリ
ング法におけるターゲットは、作製する膜物質と同じ組
成の燒結体を用いてもよく、各元素ごとのターゲットを
用いて原子層ごとに積層させてもよい。スパッタ法及び
レーザアブレーション法は、例えばSrTiO3,NdGaO3,LaAl
O3,YSZ(Y安定化ZrO2),LaSrGaO4単結晶基板を用い、基板
温度300 〜800 ℃、酸素ガス圧0.01〜1 Torrの条件で行
う。
造には、高圧合成法、ホットプレス法、ＨＩＰ法（高温
静水圧処理法）、スパッタリング法、更にレーザアブレ
ーション法等の非平衡な製造法を利用する。スパッタリ
ング法におけるターゲットは、作製する膜物質と同じ組
成の燒結体を用いてもよく、各元素ごとのターゲットを
用いて原子層ごとに積層させてもよい。スパッタ法及び
レーザアブレーション法は、例えばSrTiO3,NdGaO3,LaAl
O3,YSZ(Y安定化ZrO2),LaSrGaO4単結晶基板を用い、基板
温度300 〜800 ℃、酸素ガス圧0.01〜1 Torrの条件で行
う。
【００１０】この発明に係る低異方性高温超伝導体製造
の特徴は、低異方性高温超伝導体乃至これらの原料を上
述の単結晶基板乃至結晶配向膜基板上に堆積乃至塗布し
て、金、銀、或はインコネル、ハステロイ、アルミナ、
AlN 、BN等の耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器
に封じ、少なくともａ，ｃ軸の２軸配向させた臨界電流
密度Jcの配向結晶又は単結晶の薄膜乃至厚膜とするもの
である。
の特徴は、低異方性高温超伝導体乃至これらの原料を上
述の単結晶基板乃至結晶配向膜基板上に堆積乃至塗布し
て、金、銀、或はインコネル、ハステロイ、アルミナ、
AlN 、BN等の耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器
に封じ、少なくともａ，ｃ軸の２軸配向させた臨界電流
密度Jcの配向結晶又は単結晶の薄膜乃至厚膜とするもの
である。
【００１１】また、低異方性高温超伝導体乃至これらの
原料を上述の単結晶基板乃至結晶配向膜基板上に乗せ、
金、銀、或はインコネル、ハステロイ、アルミナ、AlN
、BN等の耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器に
封入し、一気圧以上の加圧下で少なくともａ，ｃ軸の２
軸配向させて高い臨界電流密度Jcの超伝導材料を合成す
るバルク又は単結晶とするものである。
原料を上述の単結晶基板乃至結晶配向膜基板上に乗せ、
金、銀、或はインコネル、ハステロイ、アルミナ、AlN
、BN等の耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器に
封入し、一気圧以上の加圧下で少なくともａ，ｃ軸の２
軸配向させて高い臨界電流密度Jcの超伝導材料を合成す
るバルク又は単結晶とするものである。
【００１２】
【作用】図１は、この発明に係る低異方性高温超伝導体
の結晶モデルの一例を示すものであるが、このように層
状構造超伝導体の超伝導層の厚さを厚くすることによ
り、ｃ軸方向の超伝導電子の不確定性領域（厚さ）が広
がり、ｃ軸方向のコヒーレンス長ξc を長くできるた
め、超伝導異方性γを極めて小さくすることができる。
の結晶モデルの一例を示すものであるが、このように層
状構造超伝導体の超伝導層の厚さを厚くすることによ
り、ｃ軸方向の超伝導電子の不確定性領域（厚さ）が広
がり、ｃ軸方向のコヒーレンス長ξc を長くできるた
め、超伝導異方性γを極めて小さくすることができる。
【００１３】更に、この発明では電荷供給層を構成する
原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷供給
層を金属化若しくは超伝導化するが、不確定性原理によ
れば超伝導コヒーレンス長はフェルミ速度vFに比例する
ので、このように電荷供給層を金属化乃至超伝導化する
ことにより、ｃ軸方向のvF成分を大きくし、コヒーレン
ス長ξc を長くすることになり、超伝導異方性を低くす
ることができる。
原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷供給
層を金属化若しくは超伝導化するが、不確定性原理によ
れば超伝導コヒーレンス長はフェルミ速度vFに比例する
ので、このように電荷供給層を金属化乃至超伝導化する
ことにより、ｃ軸方向のvF成分を大きくし、コヒーレン
ス長ξc を長くすることになり、超伝導異方性を低くす
ることができる。
【００１４】この発明の特に好ましい例としては、２次
元的な層状構造をもつ超伝導体が組成式 Cu1-xMx(Ba
1-y Sry)2(Ca1-zLz)n-1CunO2n+4-w （式中、M=Tl,Hg,B
i,Pb,Au,In,Sn,Ag,Mo,Re,Os,Cr,V,Fe, ランタニド系列
元素の一元素又は複数元素、L=Li,Na,Y,ランタニド系列
元素の一元素又は複数元素、0 ≦x <1, 0 ≦y ≦1, 0≦
z ≦1, 0≦w ≦4, 3≦n ≦16）で記述できる銅酸化物超
伝導体を挙げることができる。
元的な層状構造をもつ超伝導体が組成式 Cu1-xMx(Ba
1-y Sry)2(Ca1-zLz)n-1CunO2n+4-w （式中、M=Tl,Hg,B
i,Pb,Au,In,Sn,Ag,Mo,Re,Os,Cr,V,Fe, ランタニド系列
元素の一元素又は複数元素、L=Li,Na,Y,ランタニド系列
元素の一元素又は複数元素、0 ≦x <1, 0 ≦y ≦1, 0≦
z ≦1, 0≦w ≦4, 3≦n ≦16）で記述できる銅酸化物超
伝導体を挙げることができる。
【００１５】この銅酸化物超伝導体の場合、超伝導層で
ある(Ca1-zLz)n-1CunO2n層数ｎの増加、その超伝導層間
を結合する電荷供給層(Cu1-xMx)(Ba1-ySry)2O4-wの金属
化、更にはその電荷供給層の本来的な内因性の超伝導化
によって超伝導結合が強化される。
ある(Ca1-zLz)n-1CunO2n層数ｎの増加、その超伝導層間
を結合する電荷供給層(Cu1-xMx)(Ba1-ySry)2O4-wの金属
化、更にはその電荷供給層の本来的な内因性の超伝導化
によって超伝導結合が強化される。
【００１６】その結果、ｃ軸方向の超伝導電子の不確定
性領域（厚さ）が拡大し、コヒーレンス長ξc を大きく
し、超伝導異方性を低下させる。
性領域（厚さ）が拡大し、コヒーレンス長ξc を大きく
し、超伝導異方性を低下させる。
【００１７】特に一部の銅酸化物超導電体の場合、コヒ
ーレンス長ξc は経験則より、ξc＝0.32(n-1)nm、ξab
＝1.6nm と表せるので超伝導異方性γ＝ξab／ξc ＝5/
(n-1) となり、従ってｎが３以上の超伝導体ではキャリ
ア濃度が十分であれば超伝導異方性γ＜４が実現でき
る。
ーレンス長ξc は経験則より、ξc＝0.32(n-1)nm、ξab
＝1.6nm と表せるので超伝導異方性γ＝ξab／ξc ＝5/
(n-1) となり、従ってｎが３以上の超伝導体ではキャリ
ア濃度が十分であれば超伝導異方性γ＜４が実現でき
る。
【００１８】更に、上記の銅酸化物超伝導体ではCuの平
均価数がＺ＝2+(4-2w)/(n+1)<2+4/(n+1)と表すことがで
き、ｎ＝1 から16まではＺが2.25以上となるので、酸素
空格子濃度ｗを下げることにより、超伝導異方性γ＜４
を実現することができるに充分なキャリア供給が可能で
ある。
均価数がＺ＝2+(4-2w)/(n+1)<2+4/(n+1)と表すことがで
き、ｎ＝1 から16まではＺが2.25以上となるので、酸素
空格子濃度ｗを下げることにより、超伝導異方性γ＜４
を実現することができるに充分なキャリア供給が可能で
ある。
【００１９】なお、この発明は単に銅酸化物超伝導体ば
かりでなく、他のあらゆる層状構造超伝導体に適用でき
る。
かりでなく、他のあらゆる層状構造超伝導体に適用でき
る。
【００２０】
【実施例】実施例１ Cu1-xTlxBa2Can-1CunO2n+4-wのうち最もＴc が高いCu
1-xTlxBa2Ca3Cu4O12-w(Cu1-xTlx1234) について、系の
組成を変えた場合の電気抵抗の温度変化を図２に、組成
ｘでの最適キャリア濃度の試料に対する超伝導転移温度
との関係を図３にそれぞれ示す。
1-xTlxBa2Ca3Cu4O12-w(Cu1-xTlx1234) について、系の
組成を変えた場合の電気抵抗の温度変化を図２に、組成
ｘでの最適キャリア濃度の試料に対する超伝導転移温度
との関係を図３にそれぞれ示す。
【００２１】図２では燒結したままの高酸素濃度（高キ
ャリア濃度）の試料でＴc ＝123Kアニールした最適キャ
リア濃度試料で最高Ｔc ＝126Kを示し、図３では全領域
でＴc は118Kを示した。そして、図２及び図３に示すよ
うに0 ≦x ≦1 の範囲でＴc＝118 〜126Kを有する。更
に、図４に示すように超伝導異方性はγ＜４とすること
ができる。なお、ここで示した異方性値は、Ｔc を高く
するために最適量のキャリアをドープした試料に対して
得られたものであり、キャリア濃度を高めれば更に低い
異方性を得ることができる。
ャリア濃度）の試料でＴc ＝123Kアニールした最適キャ
リア濃度試料で最高Ｔc ＝126Kを示し、図３では全領域
でＴc は118Kを示した。そして、図２及び図３に示すよ
うに0 ≦x ≦1 の範囲でＴc＝118 〜126Kを有する。更
に、図４に示すように超伝導異方性はγ＜４とすること
ができる。なお、ここで示した異方性値は、Ｔc を高く
するために最適量のキャリアをドープした試料に対して
得られたものであり、キャリア濃度を高めれば更に低い
異方性を得ることができる。
【００２２】Cu1-xTlx-1234 の試料の作製は前駆体Ba2C
a3Cu4O9 にCuO とTl2O3 を適量混合し、酸素濃度の制御
は還元剤としてCu2O, 酸化剤としてAgO を用い、3GPaの
圧力下で１〜３時間、900 〜1100℃で加熱処理すること
により作製できる。
a3Cu4O9 にCuO とTl2O3 を適量混合し、酸素濃度の制御
は還元剤としてCu2O, 酸化剤としてAgO を用い、3GPaの
圧力下で１〜３時間、900 〜1100℃で加熱処理すること
により作製できる。
【００２３】実施例２ 実施例１のCu1-xTlx-1234 とCu1-xTlx-1223 は生産性の
高い低圧力（〜0.1GPa) を用いるホットプレス法によっ
ても作製することができる。酸素濃度、キャリア濃度は
還元剤としてCu2Oと酸化剤としてAgO を適当量用いるこ
とによって調節する。組成x =0.25,0.4,0.5,0.6,0.75に
対してＴc ＝110K〜125Kを示す燒結体を得ることができ
る。その異方性に関しては実施例１の高圧合成法と同様
にγ＜４が得られることが期待される。
高い低圧力（〜0.1GPa) を用いるホットプレス法によっ
ても作製することができる。酸素濃度、キャリア濃度は
還元剤としてCu2Oと酸化剤としてAgO を適当量用いるこ
とによって調節する。組成x =0.25,0.4,0.5,0.6,0.75に
対してＴc ＝110K〜125Kを示す燒結体を得ることができ
る。その異方性に関しては実施例１の高圧合成法と同様
にγ＜４が得られることが期待される。
【００２４】実施例３ Cu1-xTlx-1234 とCu1-xTlx-1223 の薄膜はBa2Ca2Cu4O8
又はBa2Ca3Cu5O10のスパッタリングターゲットを用い、
SrTiO3,NdGaO3,LaAlO3,YSZ(Y安定化ZrO2),LaSrGaO4単結
晶基板上に非晶質膜を堆積させ、それをTlx-1223又はTl
x-1234(x=0.1〜2)ペレットと共に、Au又はAg，インコネ
ル、ハステロイ、アルミナ、AlN 、BN等の密封容器中に
入れて700 〜920 ℃で0.5 分から10時間の間熱処理して
目的とする薄膜を作製する。その結晶性は図５に示すよ
うにｃ軸配向性、ａｂ軸配向性共に共に良好である。ま
た、超伝導特性は図６に示すようにCu1-xTlx-1234 とCu
1- xTlx-1223 の薄膜でそれぞれＴc=112K,115K を示す。
更に、薄膜の超伝導異方性についてはバルク同様にγ＜
４が得られることが期待される。
又はBa2Ca3Cu5O10のスパッタリングターゲットを用い、
SrTiO3,NdGaO3,LaAlO3,YSZ(Y安定化ZrO2),LaSrGaO4単結
晶基板上に非晶質膜を堆積させ、それをTlx-1223又はTl
x-1234(x=0.1〜2)ペレットと共に、Au又はAg，インコネ
ル、ハステロイ、アルミナ、AlN 、BN等の密封容器中に
入れて700 〜920 ℃で0.5 分から10時間の間熱処理して
目的とする薄膜を作製する。その結晶性は図５に示すよ
うにｃ軸配向性、ａｂ軸配向性共に共に良好である。ま
た、超伝導特性は図６に示すようにCu1-xTlx-1234 とCu
1- xTlx-1223 の薄膜でそれぞれＴc=112K,115K を示す。
更に、薄膜の超伝導異方性についてはバルク同様にγ＜
４が得られることが期待される。
【００２５】実施例４ (Cu1-xTlx)(Ba1-ySry)Can-1CunO2n+4-w に関してはx=0.
25〜0.75,y=0.25,0.5,0.75の(Cu1-xTlx)-1223 及び(Cu
1-xTlx)-1234 において、(Ba1-ySry)2Ca2Cu3O7又は(Ba
1-ySry)2Ca3Cu4O9 の前駆体を用いてTl2O3 とCuO 又はC
u2O(Tl2O3が少ない場合は酸化剤としてAgO を用いる）
を適当量混合させることによって実施例１と同様の合成
法によって作製することができる。
25〜0.75,y=0.25,0.5,0.75の(Cu1-xTlx)-1223 及び(Cu
1-xTlx)-1234 において、(Ba1-ySry)2Ca2Cu3O7又は(Ba
1-ySry)2Ca3Cu4O9 の前駆体を用いてTl2O3 とCuO 又はC
u2O(Tl2O3が少ない場合は酸化剤としてAgO を用いる）
を適当量混合させることによって実施例１と同様の合成
法によって作製することができる。
【００２６】実施例５ (Cu1-xTlx)Ba2(Ca1-zLiz)n-1CunO2n+4-wに関しては、x=
0,0.5,1.0,Z=0.1,0.2の(Cu1-xTlx)-1223 及びCu1-xTlx-
1234 に対してBa2(Ca1-zLiz)2Cu3O7 またはBa 2(Ca1-zLi
z)3Cu4O7 の前駆体にTl2O3 とCuO またはCu2Oを混合さ
せ、Tl2O3 が少ない場合にはAgO を酸化剤として添加す
ることによって作製することができる。Ｔc はLiの添加
によって多少低下するが、100K以上が得られる。LiのCa
サイトの置換はCuのTl置換と同様に反応促進、反応温度
の低下に効果があり、Tl濃度の低減に役立つ。
0,0.5,1.0,Z=0.1,0.2の(Cu1-xTlx)-1223 及びCu1-xTlx-
1234 に対してBa2(Ca1-zLiz)2Cu3O7 またはBa 2(Ca1-zLi
z)3Cu4O7 の前駆体にTl2O3 とCuO またはCu2Oを混合さ
せ、Tl2O3 が少ない場合にはAgO を酸化剤として添加す
ることによって作製することができる。Ｔc はLiの添加
によって多少低下するが、100K以上が得られる。LiのCa
サイトの置換はCuのTl置換と同様に反応促進、反応温度
の低下に効果があり、Tl濃度の低減に役立つ。
【００２７】参考例１ (Cu1-xHgx)Ba2Can-1CunO2n+4-wに関してはCu1-xHgx-122
3,1234,1245 におけるx=0.25,0.5,0.75 の組成に対して
高圧合成を行い、Cu0.5Hg0.5-1223 に対してＴc=120K，
γ＝4.0 を得た。キャリア濃度の最適制御を行えば、更
にＴc の向上と異方性の低下が期待できる。
3,1234,1245 におけるx=0.25,0.5,0.75 の組成に対して
高圧合成を行い、Cu0.5Hg0.5-1223 に対してＴc=120K，
γ＝4.0 を得た。キャリア濃度の最適制御を行えば、更
にＴc の向上と異方性の低下が期待できる。
【００２８】参考例２ (Cu1-xMx)Ba2Can-1CunO2n+4-w のM =Tl,Hg以外のAg,Au,
Bi,Pb,In,Sn,B,C,N,S,V,Cr,Mo,Re,Os,Feに関してはn=3
及び4 に対してx<0.25の領域でほぼ単相が得られた。Ｔ
c はx=0 の場合の値に対して低下する。従って、これら
の置換元素は、磁束のピンどめ中心を作るために有効で
あり、実用的には重要である。
Bi,Pb,In,Sn,B,C,N,S,V,Cr,Mo,Re,Os,Feに関してはn=3
及び4 に対してx<0.25の領域でほぼ単相が得られた。Ｔ
c はx=0 の場合の値に対して低下する。従って、これら
の置換元素は、磁束のピンどめ中心を作るために有効で
あり、実用的には重要である。
【００２９】実施例６ 請求項（２)の組成式のうちy=0 で、Cu1-xMx(Ba1-mRm)2
(Ca1-zLz)n-1Cun O2n+ 4-wのM=Tl,R=La,Pr,Ce,Nd,m<0.25
に対してはＴc は何れもm=0 の場合に比べて低下す
る。これらの置換元素は磁束のピンどめ中心を作るため
に有効である。
(Ca1-zLz)n-1Cun O2n+ 4-wのM=Tl,R=La,Pr,Ce,Nd,m<0.25
に対してはＴc は何れもm=0 の場合に比べて低下す
る。これらの置換元素は磁束のピンどめ中心を作るため
に有効である。
【００３０】参考例３ CuO2層数が５層のCuBa2Ca4Cu5O14-y(Cu-1245) はBa2Ca3
Cu5Oy 又は Ba2Ca4Cu5Oyの前駆体を適当量のAgO を混
ぜ、3 〜4.5GPa、1100〜1150℃で１〜５時間熱処理する
ことによって作製できる。得られた試料は図７に示すよ
うにCu-1245 相が主成分である。そのＴc は115Kで、帯
磁率の比から測定した異方性は図８に示すようにγ＝1.
9 を示した。この値は予測値1.3 よりも高いが、酸素濃
度を上げ、キャリア濃度を上げることにより更に異方性
を下げることが期待できる。
Cu5Oy 又は Ba2Ca4Cu5Oyの前駆体を適当量のAgO を混
ぜ、3 〜4.5GPa、1100〜1150℃で１〜５時間熱処理する
ことによって作製できる。得られた試料は図７に示すよ
うにCu-1245 相が主成分である。そのＴc は115Kで、帯
磁率の比から測定した異方性は図８に示すようにγ＝1.
9 を示した。この値は予測値1.3 よりも高いが、酸素濃
度を上げ、キャリア濃度を上げることにより更に異方性
を下げることが期待できる。
【００３１】
【発明の効果】この発明によれば従来不可能であった異
方性γが４以下で、更には１に近い擬等方的な低異方性
の高温超伝導体が得られるが、これにより従来不可能で
あった高Jcの材料、高い不可逆磁界Hirr材料、面内で等
方的な積層型接合ジョセフソン素子用材料として最適
な、ξc =1nm以上の長いコヒーレンス長の高温超伝導材
料が開発でき、有望な線材、バルク材、素子材料を得る
ことができる。
方性γが４以下で、更には１に近い擬等方的な低異方性
の高温超伝導体が得られるが、これにより従来不可能で
あった高Jcの材料、高い不可逆磁界Hirr材料、面内で等
方的な積層型接合ジョセフソン素子用材料として最適
な、ξc =1nm以上の長いコヒーレンス長の高温超伝導材
料が開発でき、有望な線材、バルク材、素子材料を得る
ことができる。
【００３２】また従来、高Ｔc は高い超伝導異方性（２
次元性）と密接に関連性があることが常識化していた
が、この発明によれば等方性に近い低異方性の高温超伝
導体が得られるので、これらの常識が破られ、学術的に
大きなインパクトを与えると同時に、超伝導機構の解明
に対して重要な指針を与えることができる。
次元性）と密接に関連性があることが常識化していた
が、この発明によれば等方性に近い低異方性の高温超伝
導体が得られるので、これらの常識が破られ、学術的に
大きなインパクトを与えると同時に、超伝導機構の解明
に対して重要な指針を与えることができる。
【図１】 この発明に係る低異方性高温超伝導体の結晶
モデルの一例を示す図
モデルの一例を示す図
【図２】 Cu1-xTlxBa2Ca3Cu4O12-y(Cu1-xTlx-1234) 系
の組成を変えた場合の電気抵抗の温度変化を示す図
の組成を変えた場合の電気抵抗の温度変化を示す図
【図３】 最適キャリア濃度のCu1-xTlx-1234 系試料に
おける組成ｘに対する超伝導転移温度を示す図
おける組成ｘに対する超伝導転移温度を示す図
【図４】 Cu1-xTlx系における帯磁率の比から求めた超
伝導異方性（γ＝χ c/χab）と温度の関係を示す図
伝導異方性（γ＝χ c/χab）と温度の関係を示す図
【図５】 Cu1-xTlx-1223 とCu1-xTlx-1234 薄膜の配向
特性を示すＸ線回折図で、（ａ）と（ｂ）はｃ軸配向を
示し、（ｃ）はCu1-xTlx-1234 薄膜のａ，ｂ軸配向を示
す図
特性を示すＸ線回折図で、（ａ）と（ｂ）はｃ軸配向を
示し、（ｃ）はCu1-xTlx-1234 薄膜のａ，ｂ軸配向を示
す図
【図６】 Cu1-xTlx-1223 とCu1-xTlx-1234 薄膜の電気
抵抗の温度変化を示す図
抵抗の温度変化を示す図
【図７】 Cu-1245 粉末のｃ軸配向させた試料のＸ線回
析図
析図
【図８】 Cu-1245 のｃ軸配向試料における帯磁率の比
から求めた超伝導異方性と温度の関係を示す図
から求めた超伝導異方性と温度の関係を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡ Ｈ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡＢ
Claims (4)
- 【請求項１】 ２次元的な層状構造をもつ超伝導体が組
成式Cu1-xMx(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1CunO2n+4-w （式
中、M=Tl,L=Li,Na,Y,ランタニド系列元素の一元素又は
複数元素、0 <x < 0．７, 0≦y ≦1, 0≦z ≦1, 0≦w
≦4, 3≦n ≦16）で記述できる銅酸化物超伝導体である
低異方性高温超伝導体。 - 【請求項２】 請求項１のCu1-xMx(Ba1-y Sry)2(Ca1-zL
z)n-1CunO2n+4-w 中、Ba をランタニド系列元素で一部置
換したCu1-xMx(Ba1-y-m SryRm)2(Ca1-zLz)n- 1CunO
2n+4-w （式中、0 ≦m ≦1, 0≦y+m ≦1 ) の組成式で
表される低異方性高温超伝導体。 - 【請求項３】 請求項１乃至２項の超伝導体又はその原
料を単結晶基板又は結晶配向基板上に堆積乃至塗布して
金、銀、耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器に封
じ、高圧合成法、ホットプレス法、ＨＩＰ法（高温静水
圧処理法）、スパッタリング法、レーザアブレーション
法のいずれか一つを用いて、少なくともａ，ｃ軸の２軸
配向させた高い臨界電流密度Jcの配向結晶又は単結晶の
薄膜乃至厚膜とすることを特徴とする低異方性高温超伝
導体の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至２項の超伝導体又はその原
料を単結晶基板又は結晶配向基板上に乗せ、金、銀、耐
酸化性金属、又はセラミックス製容器に封入して、高圧
合成法、ホットプレス法、ＨＩＰ法（高温静水圧処理
法）、スパッタリング法、レーザアブレーション法のい
ずれか一つを用いて、一気圧以上の加圧下で少なくとも
ａ，ｃ軸の２軸配向させて高い臨界電流密度Jcのバルク
又は単結晶とすることを特徴とする低異方性高温超伝導
体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001006995A JP2001247311A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001006995A JP2001247311A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04452197A Division JP3289134B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001247311A true JP2001247311A (ja) | 2001-09-11 |
Family
ID=18874803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001006995A Pending JP2001247311A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001247311A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009507358A (ja) * | 2005-07-29 | 2009-02-19 | アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション | 高温超電導ワイヤ及びコイル |
| KR20190040070A (ko) * | 2016-08-30 | 2019-04-16 | 유니버시티 오브 휴스턴 시스템 | 고성능 초전도체 테이프의 품질 관리 |
-
2001
- 2001-01-15 JP JP2001006995A patent/JP2001247311A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009507358A (ja) * | 2005-07-29 | 2009-02-19 | アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション | 高温超電導ワイヤ及びコイル |
| KR20190040070A (ko) * | 2016-08-30 | 2019-04-16 | 유니버시티 오브 휴스턴 시스템 | 고성능 초전도체 테이프의 품질 관리 |
| KR102198053B1 (ko) * | 2016-08-30 | 2021-01-04 | 유니버시티 오브 휴스턴 시스템 | 고성능 초전도체 테이프의 품질 관리 |
| US11393970B2 (en) | 2016-08-30 | 2022-07-19 | University Of Houston System | Quality control of high performance superconductor tapes |
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