JP2004155618A - 酸化物系超伝導部材とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸化物系超伝導部材において、零磁場中及び磁場中での臨界温度及び臨界電流密度を高くする。
【解決手段】セラミックス材料または金属材料で構成された基材３上に酸化物系超伝導膜９を形成して酸化物系超伝導部材１０を構成する。酸化物系超伝導膜９は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された超伝導相１と、超伝導相１中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相２とを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】セラミックス材料または金属材料で構成された基材３上に酸化物系超伝導膜９を形成して酸化物系超伝導部材１０を構成する。酸化物系超伝導膜９は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された超伝導相１と、超伝導相１中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相２とを有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物系超伝導部材とその製造方法に係り、特に液体窒素温度７７Ｋ（ケルビン）以上で超伝導状態を示す酸化物系超伝導部材とその製造方法に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
１９８６年に、高い臨界温度を持つ酸化物系超伝導部材のＬａ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏペロブスカイト構造系超伝導体が発見された。さらに翌年以降、液体窒素温度７７Ｋを超える臨界温度Ｔｃ＝９０Ｋを有するＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（以下、Ｙ系という）超伝導材料、臨界温度Ｔｃ＝１１０ＫのＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系（以下、Ｂｉ系という）超伝導材料、臨界温度Ｔｃ＝１２０ＫのＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系（以下、Ｔｌ系という）超伝導材料などが発見され、液体窒素を冷媒とする超伝導マグネットや超伝導デバイスなどの応用技術への発展が期待されるようになった。
【０００３】
これらの酸化物系超伝導材料の一般的な製造方法は、その出発組成における金属の酸化物または炭酸塩などの原料粉末の混合、粉砕を繰り返し、空気中、酸素中あるいは還元雰囲気中において、８００〜１０００℃の温度で、数分〜数百時間の熱処理を施すことにより得られる。
【０００４】
Ｂｉ系超伝導材料の製造方法に関しては、従来のＮｂ−Ｔｉなどの金属系超伝導材料と類似した極細多芯超伝導線形状の線材加工プロセスなども検討された。
【０００５】
一方、Ｙ系やＴｌ系超伝導材料で極細多芯超伝導線形状とする超伝導線材では、超伝導特性、特に臨界電流密度が低くなってしまった。Ｙ系に代表される酸化物系超伝導材料の結晶構造は複合層状ペロブスカイト型を有しており、それぞれ階層の異なる複数の構造を持ち、さらに異なる異方性を持つ。酸化物系超伝導体、特にＹ系やＴｌ系の特徴として、その結晶構造に由来する導電性の大きな異方性があげられる。このため、結晶粒方向がミクロ的に乱雑な極細多芯超伝導線においては、導電面がつながらないため、零磁場での臨界電流密度が１０４Ａ／ｃｍ２以下と低いものになってしまう。
【０００６】
臨界電流密度は、超伝導材料とともに製作プロセスに大きく依存する。そこで、臨界電流密度を向上させるために、基板上の中間層の結晶方向をそろえて成長させる配向化などの方法や、基板の結晶方向をそろえてＹ系などの超伝導材料を膜として形成する方法が提案された（例えば特許文献１）。
【０００７】
また、酸化物系超伝導材料の超伝導デバイスや超伝導マグネットなどへの応用を目的として、酸化物系超伝導材料中に、磁場の印加に伴う磁束線を止めるピニングセンターを導入して、磁場中での臨界電流密度を高める研究が行われた。ピニングセンターとして、Ｙ系の場合ではＹ２Ｂａ１Ｃｕ１Ｏｘ相の粒子を微細に分散する方法が報告されたが、超伝導膜には適応できなかった。これは、作製された膜で、超伝導電流が流れるのは超伝導部分のみであるので、非超伝導相であるピニングセンターの領域を増やしすぎると、かえって臨界電流密度が低下してしまうためである。
【０００８】
そのような中で、Ｙ系超伝導体を用いた薄膜において、Ｃｕ、Ｏ元素で構成される微細析出物がピニングセンターとして有効に働くことが確認された（非特許文献１）。
【０００９】
さらに、基板上にＹ系酸化物系超伝導薄膜の結晶のｃ軸面が、基板の薄膜形成面と平行に配列した超伝導相内（ｃ軸配向相）に、結晶のｃ軸面が基板の薄膜形成面と垂直に配列した超伝導相（ａ軸配向相）を微細に分散させて形成した超伝導材料において、磁場中での特性改善が確認された（特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−２７９０２５号公報
【特許文献２】
特開平５−４３２２９号公報
【非特許文献１】
Ｈ． Ｙａｍａｎｅ ｅｔ ａｌ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， Ｖｏｌ．６９， Ｎｏ．１１， １９９１ ｐｐ．７９４８−７９５０
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のような方法では、零磁場での臨界電流密度を向上することができるが、磁場中での臨界電流密度の低下を抑制することができなかった。
【００１２】
また、磁場中での臨界電流密度を高めるために非特許文献１のような方法が考えられたが、微細析出物からなる目的量のピニングセンターを基板上に形成された超伝導薄膜内の目的の位置に均一に分散することが難しく、磁場中での臨界電流密度の低下を十分に抑制することができなかった。
【００１３】
さらに、磁場中での特性を改善するために特許文献２ような方法が考えられたが、Ｙ系超伝導薄膜では、このようなピニングセンターとして効果のあるａ軸配向相の上にｃ軸配向相を成長させることが薄膜成長プロセス上困難であり、厚膜化にともない臨界電流密度が下がることが懸念される。
【００１４】
前記の従来技術においては、酸化物系超伝導部材を超伝導デバイスや超伝導マグネットなどに応用するため、超伝導材料の結晶を揃える配向化、薄膜化とともに、微細に分散した非超伝導相で構成されるピニングセンターの活用、さらに、より高い臨界温度を持つ酸化物系超伝導部材の材料組成の最適化、及びその製造方法の改善が必要である。
【００１５】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、零磁場中及び磁場中での臨界温度及び臨界電流密度の高い酸化物系超伝導部材とその製造方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するために、本発明の第１の特徴は、セラミックス材料または金属材料で構成された基材上に酸化物系超伝導膜を形成してなる酸化物系超伝導部材において、前記酸化物系超伝導膜は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された超伝導相と、前記超伝導相中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相とを有する構成としたものである。
【００１７】
本発明の第２の特徴は、セラミックス材料または金属材料で構成された基材上に酸化物系超伝導膜を形成してなる酸化物系超伝導部材において、
前記酸化物系超伝導膜は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された第１の超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つ前記第１の超伝導相の結晶方向と異なる結晶方向を有する材料で構成された第２の超伝導相とを有する構成としたものである。
【００１８】
本発明の第３の特徴は、セラミックス材料または金属材料で構成された基材上に酸化物系超伝導膜を形成してなる酸化物系超伝導部材において、
前記酸化物系超伝導膜は、結晶のｃ軸方向が基材面に垂直な方向に揃い且つＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された第１の超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つ結晶のｃ軸方向が基材面に平行な方向に揃った第２の超伝導相とを有する構成としたものである。
【００１９】
本発明の第４の特徴は、セラミックス材料または金属材料からなる基材上に酸化物系超伝導膜を形成する酸化物系超伝導部材の製造方法において、酸化物系超伝導相、前記酸化物系超伝導相よりも融点が低いＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導材料、の順に堆積して前記酸化物系超伝導膜を形成することにある。
【００２０】
本発明の第５の特徴は、セラミックス材料または金属材料からなる基材上に酸化物系超伝導膜を形成する酸化物系超伝導部材の製造方法において、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導相、前記超伝導相中に析出したＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相で前記酸化物系超伝導膜を形成し、前記超伝導相よりも融点が低い前記Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料を用いて基材温度７５０度以上の雰囲気で成膜することにある。
【００２１】
本発明の第６の特徴は、セラミックス材料または金属材料からなる基材上に酸化物系超伝導膜を形成する酸化物系超伝導部材の製造方法において、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導相、前記超伝導相中に析出したＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相で前記酸化物系超伝導膜を形成し、前記超伝導相よりも融点が低い前記Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料を用いて、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ以上１０Ｔｏｒｒ以下、基材温度７５０度以上の雰囲気で成膜することにある。
【００２２】
なお、本発明のその他の手段は以下の記述から明らかにされる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図及び表を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【００２４】
本発明の実施形態１を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２５】
この実施形態１の酸化物系超伝導部材１０は、図１に示すように、基材３と酸化物系超伝導膜９とを有して構成されている。基材３は超伝導体と格子定数の近い金属またはセラミックスで構成された金属基材またはセラミックス基材で構成されている。基材３は本実施形態では基板状部材で構成されている。酸化物系超伝導膜９は超伝導相１と超伝導相４と非超伝導相２とを有して構成され、基材３に形成されている。具体的には、酸化物系超伝導膜９は基材３の表面に超伝導相４を介して超伝導相１が形成されると共に、超伝導相１に非超伝導相２がほぼ均一に分散して形成されることにより構成される。
【００２６】
超伝導相１は、ｃ軸配向のＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の超伝導相である。非超伝導相２は、超伝導相１中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の非超伝導相である。超伝導相４は酸化物系の超伝導相である。
【００２７】
係る酸化物系超伝導部材１０によれば、酸化物系超伝導膜９は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された酸化物系の超伝導相１と、この酸化物系超伝導相１中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された酸化物系の非超伝導相２とを有するので、磁場中での臨界温度及び臨界電流密度を高いものとすることができる。
【００２８】
超伝導体と格子定数の近い金属またはセラミックスで構成された基材３は、例えば、セラミックス基材であればＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＹＳＺ（イットリウム安定化ＺｒＯ２）などがあげられ、また金属基材であればＮｉやＡｇ及びそれらの合金があげられる。さらには、それらを複合化したＡｇ金属基材上にＭｇＯ材料を設けた複合基材も基材３として用いることができる。これらの基材３は、｛１００｝面が金属及びセラミックスと超伝導体の界面に対して２０度以内で平行であり、且つ金属結晶及びセラミックス結晶の＜１００＞方向がお互いに２０度以内で揃っており、これによって基材３上に作製した酸化物系超伝導膜９の臨界温度及び臨界電流密度などの超伝導特性を向上させることができる。
【００２９】
酸化物系超伝導膜９の製造方法としては、レーザ蒸着法、スパッタ法などの物理蒸着法、有機金属化学気相蒸着法などの化学蒸着法などがあげられる。酸化物系超伝導膜９の製造方法の一例を、図２を参照しながら説明する。
【００３０】
まず図２（ａ）に示すように、セラミックス材料または金属材料からなる基材３上に、種層となる酸化物系の超伝導相４を形成する。この状態で、図２（ｂ）に示すように、Ｃｕ元素で構成される材料及びＢａ元素で構成される材料を供給することにより、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料５を超伝導相４の上に堆積させる。この酸化物材料５は超伝導相４よりも融点が低い材料で構成されている。酸化物材料５を超伝導相４に堆積させるとき、酸化物材料５の融点よりも高い温度でかつ超伝導相４の融点よりも低い温度で体積させるようにしており、これにより酸化物材料５は液相で堆積される。
【００３１】
さらに、図２（ｃ）に示すように、Ｌａ元素で構成される材料も供給することにより、液相の酸化物材料５を介して、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導材料６を超伝導相４上に堆積させる。この際、図２（ｄ）に示すように、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ元素で構成される非超伝導相２が超伝導相１中に分散して析出され、これがピニングセンターとして有効に作用する。次いで、酸化物材料５を除去することにより、図１に示す酸化物系超伝導部材１０が製造される。
【００３２】
これらの製造方法において、超伝導相４、６よりも融点が低いＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料５の成膜温度を７５０度以上とすることにより、超伝導体の特性をさらに向上することができる。また酸化物材料５の作製時の酸素分圧が０．１Ｔｏｒｒ以上１０Ｔｏｒｒ以下とすることにより、その特性をさらに向上させることができる。また、種層となる酸化物系超伝導相４はＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ系超伝導材料としてもよいし、例えば、Ｙｂ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ系超伝導材料のようなその他の酸化物系超伝導材料でもよい。
【００３３】
特に、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の超伝導部材１の化学組成がＬａ：Ｂａ：Ｃｕ＝０．９〜１．５：１．５〜２．１：３．０〜３．７の範囲にあれば、ピニングセンターとしての効果が顕著である。また、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成される酸化物材料５の組成がＢａ：Ｃｕ＝３：５〜７の範囲で製造すると、ピニングセンターとして一層の効果が得られる。
【００３４】
さらに、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の超伝導相１のｃ軸方向が基材面に対して垂直な方向に成長して構成されていると、その特性はさらに向上する。
【００３５】
Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の超伝導相１のｃ軸方向が基材面に対して垂直に成長して構成され、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相２が、酸化物系の超伝導部材１中に析出していると、超伝導材料の特性はさらに向上する。特に、非超伝導相２の析出物の形状については、基材面に平行な方向に析出している長さが垂直な方向に析出している長さよりも大きいと、前記の効果は飛躍的に向上する。
【００３６】
次に、本発明の実施形態２を、図３を参照しながら説明する。この実施形態２は、次に述べる通り実施形態１と相違するものであり、その他の点については実施形態１と基本的には同一である。この実施形態２において、実施形態１と共通する構成においては同じ効果を奏するものである。
【００３７】
この実施形態２の酸化物系超伝導部材１０は、図３に示すように、セラミックス材料または金属材料からなる基材３と、結晶のｃ軸方向が基材面に垂直な方向に揃ったＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系超伝導相１と、超伝導相１中に分散されたＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相２と、超伝導相１中に非超伝導相２とともに分散して形成され且つ結晶のｃ軸方向が超伝導相１と異なる方向を示すかあるいは基材面に平行な方向に揃った材料で構成した酸化物系の超伝導相７とを有して構成されている。
【００３８】
この酸化物系超伝導部材１０によれば、超伝導特性がさらに向上する。そして、得られた非超伝導相２や超伝導相７のサイズが、基材３に垂直な方向にそれぞれ数ｎｍであり、さらに基材３に平行な方向の間隔が数十ｎｍであると、これらの効果は顕著に表れる。
【００３９】
従来の超伝導技術で作製された超伝導デバイスや超伝導マグネットなどの超伝導システムは、液体ヘリウムを用いてその運転を行っていた。実施形態１、２の酸化物系超伝導部材１０を用いることにより、液体窒素を用いてその運転を行うことができるため、コスト面で大幅に低減でき、経済面でも有利である。これによって、超伝導マグネット、核磁気共鳴装置、磁気共鳴断層撮影装置、シンクロトロン放射光装置、磁気分離装置、超伝導デバイスなどを、液体窒素を用いて運転することが可能となる。
【００４０】
次に、上述した実施形態１、２による複数の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施形態１）
まず実施形態１による実施例１〜３を、表１及び図４を参照しながら説明する。
【００４１】
【表１】
基材３としてセラミックス基材のＭｇＯ（１００）を用いた。この基材３にレーザ蒸着法を用いてＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙ薄膜を５０ｎｍ成膜した。レーザ蒸着条件は、基材温度８５０℃、酸素分圧０．４Ｔｏｒｒ、レーザ周波数１０Ｈｚ、成膜時間１０分で行った。誘導結合プラズマ発光分析法により、得られた膜の膜厚及び組成を確認した結果、膜厚は４８ｎｍで、組成はＬａ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．０１：２．０：３．２であった。
【００４２】
作製したＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙ薄膜上にＢａ３Ｃｕ７Ｏｘ、及びＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙを積層した。その際のレーザ蒸着条件は、Ｂａ３Ｃｕ７Ｏｘについては、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数１０Ｈｚ、成膜時間５分で行い、ＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙについては、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数５、１０、５０Ｈｚ、成膜時間はそれぞれ６０分（実施例１）、３０分（実施例２）、６分（実施例３）で行った。その結果得られた膜１の組成及び膜厚を表１に示す。
【００４３】
得られた膜１をＸ線回折法で評価した結果、ｃ軸配向のＬａ系超伝導体の構造を有していることが確認された。さらに、この超伝導体の結晶配向性を確認するため、Ｘ線回折法の極点測定を行った。その結果、超伝導体の結晶方向がａ軸及びｂ軸に沿って成長していることが確認された。
【００４４】
臨界温度Ｔｃ及び臨界電流密度Ｊｃを測定するため、超伝導体表面にＡｕ及びＡｇペーストで端子を接続し、４端子法で直流法により電流―電圧測定を行った。冷媒としては、液体窒素を用いた。測定端子間電圧を１μＶ／ｃｍとした時の臨界電流より、液体窒素温度における臨界電流密度Ｊｃを求めた。さらに物理測定装置を用い、磁場中における臨界電流密度Ｊｃ測定も行った。それらを表１に併せて示す。
【００４５】
表１では、磁場のない状態での臨界電流密度ＪｃをＪｃ（０Ｔ）で表し、５Ｔの磁場中における臨界電流密度ＪｃをＪｃ（５Ｔ）で表した。また、図４には、レーザ周波数を５Ｈｚとした場合（実施例１）の磁場中における臨界電流密度Ｊｃの測定結果を示す。ただし，測定温度は７７Ｋである。
【００４６】
さらに透過型電子顕微鏡を用い、前記で作製した酸化物系超伝導体の微細組織観察を行った。その結果、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成の析出物及び電子線回折から評価されたａ軸相が確認された。これらの結晶サイズ及び間隔に関しても表１に示す。
（実施形態２）
次に、実施形態２による実施例４、５を、表２及び図４を参照しながら説明する。
【００４７】
【表２】
基材３としてセラミックス基材のＬａＡｌＯ３基材（実施例４）及びＳｒＴｉＯ３（１００）基材（実施例５）を用いた。この基材３にレーザ蒸着法を用いてＹｂＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙ薄膜を５０ｎｍ成膜した。レーザ蒸着条件は、基材温度８５０℃、酸素分圧０．４Ｔｏｒｒ、レーザ周波数１０Ｈｚ、成膜時間１０分で行った。誘導結合プラズマ発光分析法により、得られた薄膜の膜厚及び組成を確認した結果、膜厚は４８ｎｍで、組成はＹｂ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．０：２．０：３．２であった。
【００４８】
作製したＹｂＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙ薄膜上に、Ｂａ３Ｃｕ７Ｏｘ、及びＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙを積層した。その際のレーザ蒸着条件は、Ｂａ３Ｃｕ７Ｏｘについては、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数１０Ｈｚ、成膜時間５分で行い、ＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙについては、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数は１０Ｈｚ、成膜時間は３０分と固定した。そのほかの成膜条件や評価方法に関しては実施形態１と同様の方法を用いた。その結果に関して表２及び図４に示す。
（比較例）
次に、比較例を表２を参照しながら説明する。
【００４９】
基材３として、セラミックス基材のＳｒＴｉＯ３（１００）基材を用いた。基材３上に、ＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙ薄膜を積層した。その際のレーザ蒸着条件は、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数は１０Ｈｚ、成膜時間は４０分と固定した。そのほかの成膜条件や評価方法に関しては実施形態１、２と同様の方法を用いた。その結果に関して表２に示す。
【００５０】
前述した実施形態１、２及び比較例による表１、表２及び図４から明らかなように、零磁場及び磁場中での臨界電流密度Ｊｃの変化などから本発明による効果が顕著であることが確認された。
【００５１】
前述した実施形態１、２では基材３を基板状部材で形成したもので説明したが、本発明は基材３を線状としてその周囲に酸化物系超伝導膜を形成するようにしても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、磁場中及び磁場中での臨界温度及び臨界電流密度の高い酸化物系超伝導部材とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の酸化物系超伝導部材の模式構造図である。
【図２】図１の酸化物系超伝導部材の製造方法を表す工程摸式構造図である。
【図３】本発明の実施形態２の酸化物系超伝導部材の模式構造図である。
【図４】図１及び図２の酸化物系超伝導部材の臨界電流密度の特性を示す図である。
【符号の説明】
１…超伝導相（第１の超伝導相）、２…非超伝導相、３…基材、４…超伝導相（種層）、５…液相の酸化物材料、６…形成途中の超伝導相、７…超伝導相（第２の超伝導相）、９…酸化物系超伝導膜、１０…酸化物系超伝導部材。
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物系超伝導部材とその製造方法に係り、特に液体窒素温度７７Ｋ（ケルビン）以上で超伝導状態を示す酸化物系超伝導部材とその製造方法に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
１９８６年に、高い臨界温度を持つ酸化物系超伝導部材のＬａ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏペロブスカイト構造系超伝導体が発見された。さらに翌年以降、液体窒素温度７７Ｋを超える臨界温度Ｔｃ＝９０Ｋを有するＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（以下、Ｙ系という）超伝導材料、臨界温度Ｔｃ＝１１０ＫのＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系（以下、Ｂｉ系という）超伝導材料、臨界温度Ｔｃ＝１２０ＫのＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系（以下、Ｔｌ系という）超伝導材料などが発見され、液体窒素を冷媒とする超伝導マグネットや超伝導デバイスなどの応用技術への発展が期待されるようになった。
【０００３】
これらの酸化物系超伝導材料の一般的な製造方法は、その出発組成における金属の酸化物または炭酸塩などの原料粉末の混合、粉砕を繰り返し、空気中、酸素中あるいは還元雰囲気中において、８００〜１０００℃の温度で、数分〜数百時間の熱処理を施すことにより得られる。
【０００４】
Ｂｉ系超伝導材料の製造方法に関しては、従来のＮｂ−Ｔｉなどの金属系超伝導材料と類似した極細多芯超伝導線形状の線材加工プロセスなども検討された。
【０００５】
一方、Ｙ系やＴｌ系超伝導材料で極細多芯超伝導線形状とする超伝導線材では、超伝導特性、特に臨界電流密度が低くなってしまった。Ｙ系に代表される酸化物系超伝導材料の結晶構造は複合層状ペロブスカイト型を有しており、それぞれ階層の異なる複数の構造を持ち、さらに異なる異方性を持つ。酸化物系超伝導体、特にＹ系やＴｌ系の特徴として、その結晶構造に由来する導電性の大きな異方性があげられる。このため、結晶粒方向がミクロ的に乱雑な極細多芯超伝導線においては、導電面がつながらないため、零磁場での臨界電流密度が１０４Ａ／ｃｍ２以下と低いものになってしまう。
【０００６】
臨界電流密度は、超伝導材料とともに製作プロセスに大きく依存する。そこで、臨界電流密度を向上させるために、基板上の中間層の結晶方向をそろえて成長させる配向化などの方法や、基板の結晶方向をそろえてＹ系などの超伝導材料を膜として形成する方法が提案された（例えば特許文献１）。
【０００７】
また、酸化物系超伝導材料の超伝導デバイスや超伝導マグネットなどへの応用を目的として、酸化物系超伝導材料中に、磁場の印加に伴う磁束線を止めるピニングセンターを導入して、磁場中での臨界電流密度を高める研究が行われた。ピニングセンターとして、Ｙ系の場合ではＹ２Ｂａ１Ｃｕ１Ｏｘ相の粒子を微細に分散する方法が報告されたが、超伝導膜には適応できなかった。これは、作製された膜で、超伝導電流が流れるのは超伝導部分のみであるので、非超伝導相であるピニングセンターの領域を増やしすぎると、かえって臨界電流密度が低下してしまうためである。
【０００８】
そのような中で、Ｙ系超伝導体を用いた薄膜において、Ｃｕ、Ｏ元素で構成される微細析出物がピニングセンターとして有効に働くことが確認された（非特許文献１）。
【０００９】
さらに、基板上にＹ系酸化物系超伝導薄膜の結晶のｃ軸面が、基板の薄膜形成面と平行に配列した超伝導相内（ｃ軸配向相）に、結晶のｃ軸面が基板の薄膜形成面と垂直に配列した超伝導相（ａ軸配向相）を微細に分散させて形成した超伝導材料において、磁場中での特性改善が確認された（特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平５−２７９０２５号公報
【特許文献２】
特開平５−４３２２９号公報
【非特許文献１】
Ｈ． Ｙａｍａｎｅ ｅｔ ａｌ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， Ｖｏｌ．６９， Ｎｏ．１１， １９９１ ｐｐ．７９４８−７９５０
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のような方法では、零磁場での臨界電流密度を向上することができるが、磁場中での臨界電流密度の低下を抑制することができなかった。
【００１２】
また、磁場中での臨界電流密度を高めるために非特許文献１のような方法が考えられたが、微細析出物からなる目的量のピニングセンターを基板上に形成された超伝導薄膜内の目的の位置に均一に分散することが難しく、磁場中での臨界電流密度の低下を十分に抑制することができなかった。
【００１３】
さらに、磁場中での特性を改善するために特許文献２ような方法が考えられたが、Ｙ系超伝導薄膜では、このようなピニングセンターとして効果のあるａ軸配向相の上にｃ軸配向相を成長させることが薄膜成長プロセス上困難であり、厚膜化にともない臨界電流密度が下がることが懸念される。
【００１４】
前記の従来技術においては、酸化物系超伝導部材を超伝導デバイスや超伝導マグネットなどに応用するため、超伝導材料の結晶を揃える配向化、薄膜化とともに、微細に分散した非超伝導相で構成されるピニングセンターの活用、さらに、より高い臨界温度を持つ酸化物系超伝導部材の材料組成の最適化、及びその製造方法の改善が必要である。
【００１５】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、零磁場中及び磁場中での臨界温度及び臨界電流密度の高い酸化物系超伝導部材とその製造方法を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を解決するために、本発明の第１の特徴は、セラミックス材料または金属材料で構成された基材上に酸化物系超伝導膜を形成してなる酸化物系超伝導部材において、前記酸化物系超伝導膜は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された超伝導相と、前記超伝導相中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相とを有する構成としたものである。
【００１７】
本発明の第２の特徴は、セラミックス材料または金属材料で構成された基材上に酸化物系超伝導膜を形成してなる酸化物系超伝導部材において、
前記酸化物系超伝導膜は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された第１の超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つ前記第１の超伝導相の結晶方向と異なる結晶方向を有する材料で構成された第２の超伝導相とを有する構成としたものである。
【００１８】
本発明の第３の特徴は、セラミックス材料または金属材料で構成された基材上に酸化物系超伝導膜を形成してなる酸化物系超伝導部材において、
前記酸化物系超伝導膜は、結晶のｃ軸方向が基材面に垂直な方向に揃い且つＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された第１の超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つ結晶のｃ軸方向が基材面に平行な方向に揃った第２の超伝導相とを有する構成としたものである。
【００１９】
本発明の第４の特徴は、セラミックス材料または金属材料からなる基材上に酸化物系超伝導膜を形成する酸化物系超伝導部材の製造方法において、酸化物系超伝導相、前記酸化物系超伝導相よりも融点が低いＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導材料、の順に堆積して前記酸化物系超伝導膜を形成することにある。
【００２０】
本発明の第５の特徴は、セラミックス材料または金属材料からなる基材上に酸化物系超伝導膜を形成する酸化物系超伝導部材の製造方法において、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導相、前記超伝導相中に析出したＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相で前記酸化物系超伝導膜を形成し、前記超伝導相よりも融点が低い前記Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料を用いて基材温度７５０度以上の雰囲気で成膜することにある。
【００２１】
本発明の第６の特徴は、セラミックス材料または金属材料からなる基材上に酸化物系超伝導膜を形成する酸化物系超伝導部材の製造方法において、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導相、前記超伝導相中に析出したＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相で前記酸化物系超伝導膜を形成し、前記超伝導相よりも融点が低い前記Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料を用いて、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ以上１０Ｔｏｒｒ以下、基材温度７５０度以上の雰囲気で成膜することにある。
【００２２】
なお、本発明のその他の手段は以下の記述から明らかにされる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図及び表を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【００２４】
本発明の実施形態１を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２５】
この実施形態１の酸化物系超伝導部材１０は、図１に示すように、基材３と酸化物系超伝導膜９とを有して構成されている。基材３は超伝導体と格子定数の近い金属またはセラミックスで構成された金属基材またはセラミックス基材で構成されている。基材３は本実施形態では基板状部材で構成されている。酸化物系超伝導膜９は超伝導相１と超伝導相４と非超伝導相２とを有して構成され、基材３に形成されている。具体的には、酸化物系超伝導膜９は基材３の表面に超伝導相４を介して超伝導相１が形成されると共に、超伝導相１に非超伝導相２がほぼ均一に分散して形成されることにより構成される。
【００２６】
超伝導相１は、ｃ軸配向のＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の超伝導相である。非超伝導相２は、超伝導相１中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の非超伝導相である。超伝導相４は酸化物系の超伝導相である。
【００２７】
係る酸化物系超伝導部材１０によれば、酸化物系超伝導膜９は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された酸化物系の超伝導相１と、この酸化物系超伝導相１中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された酸化物系の非超伝導相２とを有するので、磁場中での臨界温度及び臨界電流密度を高いものとすることができる。
【００２８】
超伝導体と格子定数の近い金属またはセラミックスで構成された基材３は、例えば、セラミックス基材であればＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＹＳＺ（イットリウム安定化ＺｒＯ２）などがあげられ、また金属基材であればＮｉやＡｇ及びそれらの合金があげられる。さらには、それらを複合化したＡｇ金属基材上にＭｇＯ材料を設けた複合基材も基材３として用いることができる。これらの基材３は、｛１００｝面が金属及びセラミックスと超伝導体の界面に対して２０度以内で平行であり、且つ金属結晶及びセラミックス結晶の＜１００＞方向がお互いに２０度以内で揃っており、これによって基材３上に作製した酸化物系超伝導膜９の臨界温度及び臨界電流密度などの超伝導特性を向上させることができる。
【００２９】
酸化物系超伝導膜９の製造方法としては、レーザ蒸着法、スパッタ法などの物理蒸着法、有機金属化学気相蒸着法などの化学蒸着法などがあげられる。酸化物系超伝導膜９の製造方法の一例を、図２を参照しながら説明する。
【００３０】
まず図２（ａ）に示すように、セラミックス材料または金属材料からなる基材３上に、種層となる酸化物系の超伝導相４を形成する。この状態で、図２（ｂ）に示すように、Ｃｕ元素で構成される材料及びＢａ元素で構成される材料を供給することにより、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料５を超伝導相４の上に堆積させる。この酸化物材料５は超伝導相４よりも融点が低い材料で構成されている。酸化物材料５を超伝導相４に堆積させるとき、酸化物材料５の融点よりも高い温度でかつ超伝導相４の融点よりも低い温度で体積させるようにしており、これにより酸化物材料５は液相で堆積される。
【００３１】
さらに、図２（ｃ）に示すように、Ｌａ元素で構成される材料も供給することにより、液相の酸化物材料５を介して、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導材料６を超伝導相４上に堆積させる。この際、図２（ｄ）に示すように、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ元素で構成される非超伝導相２が超伝導相１中に分散して析出され、これがピニングセンターとして有効に作用する。次いで、酸化物材料５を除去することにより、図１に示す酸化物系超伝導部材１０が製造される。
【００３２】
これらの製造方法において、超伝導相４、６よりも融点が低いＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料５の成膜温度を７５０度以上とすることにより、超伝導体の特性をさらに向上することができる。また酸化物材料５の作製時の酸素分圧が０．１Ｔｏｒｒ以上１０Ｔｏｒｒ以下とすることにより、その特性をさらに向上させることができる。また、種層となる酸化物系超伝導相４はＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ系超伝導材料としてもよいし、例えば、Ｙｂ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ系超伝導材料のようなその他の酸化物系超伝導材料でもよい。
【００３３】
特に、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の超伝導部材１の化学組成がＬａ：Ｂａ：Ｃｕ＝０．９〜１．５：１．５〜２．１：３．０〜３．７の範囲にあれば、ピニングセンターとしての効果が顕著である。また、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成される酸化物材料５の組成がＢａ：Ｃｕ＝３：５〜７の範囲で製造すると、ピニングセンターとして一層の効果が得られる。
【００３４】
さらに、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の超伝導相１のｃ軸方向が基材面に対して垂直な方向に成長して構成されていると、その特性はさらに向上する。
【００３５】
Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系の超伝導相１のｃ軸方向が基材面に対して垂直に成長して構成され、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相２が、酸化物系の超伝導部材１中に析出していると、超伝導材料の特性はさらに向上する。特に、非超伝導相２の析出物の形状については、基材面に平行な方向に析出している長さが垂直な方向に析出している長さよりも大きいと、前記の効果は飛躍的に向上する。
【００３６】
次に、本発明の実施形態２を、図３を参照しながら説明する。この実施形態２は、次に述べる通り実施形態１と相違するものであり、その他の点については実施形態１と基本的には同一である。この実施形態２において、実施形態１と共通する構成においては同じ効果を奏するものである。
【００３７】
この実施形態２の酸化物系超伝導部材１０は、図３に示すように、セラミックス材料または金属材料からなる基材３と、結晶のｃ軸方向が基材面に垂直な方向に揃ったＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された酸化物系超伝導相１と、超伝導相１中に分散されたＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相２と、超伝導相１中に非超伝導相２とともに分散して形成され且つ結晶のｃ軸方向が超伝導相１と異なる方向を示すかあるいは基材面に平行な方向に揃った材料で構成した酸化物系の超伝導相７とを有して構成されている。
【００３８】
この酸化物系超伝導部材１０によれば、超伝導特性がさらに向上する。そして、得られた非超伝導相２や超伝導相７のサイズが、基材３に垂直な方向にそれぞれ数ｎｍであり、さらに基材３に平行な方向の間隔が数十ｎｍであると、これらの効果は顕著に表れる。
【００３９】
従来の超伝導技術で作製された超伝導デバイスや超伝導マグネットなどの超伝導システムは、液体ヘリウムを用いてその運転を行っていた。実施形態１、２の酸化物系超伝導部材１０を用いることにより、液体窒素を用いてその運転を行うことができるため、コスト面で大幅に低減でき、経済面でも有利である。これによって、超伝導マグネット、核磁気共鳴装置、磁気共鳴断層撮影装置、シンクロトロン放射光装置、磁気分離装置、超伝導デバイスなどを、液体窒素を用いて運転することが可能となる。
【００４０】
次に、上述した実施形態１、２による複数の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施形態１）
まず実施形態１による実施例１〜３を、表１及び図４を参照しながら説明する。
【００４１】
【表１】
【００４２】
作製したＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙ薄膜上にＢａ３Ｃｕ７Ｏｘ、及びＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙを積層した。その際のレーザ蒸着条件は、Ｂａ３Ｃｕ７Ｏｘについては、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数１０Ｈｚ、成膜時間５分で行い、ＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙについては、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数５、１０、５０Ｈｚ、成膜時間はそれぞれ６０分（実施例１）、３０分（実施例２）、６分（実施例３）で行った。その結果得られた膜１の組成及び膜厚を表１に示す。
【００４３】
得られた膜１をＸ線回折法で評価した結果、ｃ軸配向のＬａ系超伝導体の構造を有していることが確認された。さらに、この超伝導体の結晶配向性を確認するため、Ｘ線回折法の極点測定を行った。その結果、超伝導体の結晶方向がａ軸及びｂ軸に沿って成長していることが確認された。
【００４４】
臨界温度Ｔｃ及び臨界電流密度Ｊｃを測定するため、超伝導体表面にＡｕ及びＡｇペーストで端子を接続し、４端子法で直流法により電流―電圧測定を行った。冷媒としては、液体窒素を用いた。測定端子間電圧を１μＶ／ｃｍとした時の臨界電流より、液体窒素温度における臨界電流密度Ｊｃを求めた。さらに物理測定装置を用い、磁場中における臨界電流密度Ｊｃ測定も行った。それらを表１に併せて示す。
【００４５】
表１では、磁場のない状態での臨界電流密度ＪｃをＪｃ（０Ｔ）で表し、５Ｔの磁場中における臨界電流密度ＪｃをＪｃ（５Ｔ）で表した。また、図４には、レーザ周波数を５Ｈｚとした場合（実施例１）の磁場中における臨界電流密度Ｊｃの測定結果を示す。ただし，測定温度は７７Ｋである。
【００４６】
さらに透過型電子顕微鏡を用い、前記で作製した酸化物系超伝導体の微細組織観察を行った。その結果、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成の析出物及び電子線回折から評価されたａ軸相が確認された。これらの結晶サイズ及び間隔に関しても表１に示す。
（実施形態２）
次に、実施形態２による実施例４、５を、表２及び図４を参照しながら説明する。
【００４７】
【表２】
【００４８】
作製したＹｂＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙ薄膜上に、Ｂａ３Ｃｕ７Ｏｘ、及びＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙを積層した。その際のレーザ蒸着条件は、Ｂａ３Ｃｕ７Ｏｘについては、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数１０Ｈｚ、成膜時間５分で行い、ＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙについては、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数は１０Ｈｚ、成膜時間は３０分と固定した。そのほかの成膜条件や評価方法に関しては実施形態１と同様の方法を用いた。その結果に関して表２及び図４に示す。
（比較例）
次に、比較例を表２を参照しながら説明する。
【００４９】
基材３として、セラミックス基材のＳｒＴｉＯ３（１００）基材を用いた。基材３上に、ＬａＢａ２Ｃｕ３Ｏ６＋ｙ薄膜を積層した。その際のレーザ蒸着条件は、基材温度８５０℃、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ、レーザ周波数は１０Ｈｚ、成膜時間は４０分と固定した。そのほかの成膜条件や評価方法に関しては実施形態１、２と同様の方法を用いた。その結果に関して表２に示す。
【００５０】
前述した実施形態１、２及び比較例による表１、表２及び図４から明らかなように、零磁場及び磁場中での臨界電流密度Ｊｃの変化などから本発明による効果が顕著であることが確認された。
【００５１】
前述した実施形態１、２では基材３を基板状部材で形成したもので説明したが、本発明は基材３を線状としてその周囲に酸化物系超伝導膜を形成するようにしても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、磁場中及び磁場中での臨界温度及び臨界電流密度の高い酸化物系超伝導部材とその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の酸化物系超伝導部材の模式構造図である。
【図２】図１の酸化物系超伝導部材の製造方法を表す工程摸式構造図である。
【図３】本発明の実施形態２の酸化物系超伝導部材の模式構造図である。
【図４】図１及び図２の酸化物系超伝導部材の臨界電流密度の特性を示す図である。
【符号の説明】
１…超伝導相（第１の超伝導相）、２…非超伝導相、３…基材、４…超伝導相（種層）、５…液相の酸化物材料、６…形成途中の超伝導相、７…超伝導相（第２の超伝導相）、９…酸化物系超伝導膜、１０…酸化物系超伝導部材。
Claims (13)
- セラミックス材料または金属材料で構成された基材上に酸化物系超伝導膜を形成してなる酸化物系超伝導部材において、
前記酸化物系超伝導膜は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された超伝導相と、前記超伝導相中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相とを有する
ことを特徴とする酸化物系超伝導部材。 - セラミックス材料または金属材料で構成された基材上に酸化物系超伝導膜を形成してなる酸化物系超伝導部材において、
前記酸化物系超伝導膜は、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された第１の超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つ前記第１の超伝導相の結晶方向と異なる結晶方向を有する材料で構成された第２の超伝導相とを有する
ことを特徴とする酸化物系超伝導部材。 - 請求項２記載の酸化物系超伝導部材において、前記第２の超伝導相はＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された酸化物系超伝導相であることを特徴とする酸化物系超伝導部材。
- セラミックス材料または金属材料で構成された基材上に酸化物系超伝導膜を形成してなる酸化物系超伝導部材において、
前記酸化物系超伝導膜は、結晶のｃ軸方向が基材面に垂直な方向に揃い且つＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された第１の超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つＢａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された非超伝導相と、前記第１の超伝導相中に分散して形成され且つ結晶のｃ軸方向が基材面に平行な方向に揃った第２の超伝導相とを有する
ことを特徴とする酸化物系超伝導部材。 - 請求項４記載の酸化物系超伝導部材において、前記第２の超伝導相がＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された酸化物系超伝導相であることを特徴とする酸化物系超伝導部材。
- 請求項１〜５の何れかに記載の酸化物系超伝導部材において、前記非超伝導相が基材面に垂直な方向の長さよりも基材面に平行な方向の長さが大きいことを特徴とする酸化物系超伝導部材。
- 請求項１〜６の何れかに記載の酸化物系超伝導部材において、前記非超伝導相が非晶質相または微結晶であることを特徴とする酸化物系超伝導部材。
- 請求項１〜７の何れかに記載の酸化物系超伝導部材において、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された前記超伝導部材がＬａ：Ｂａ：Ｃｕ＝０．９〜１．５：１．５〜２．１：３．０〜３．７の範囲にあることを特徴とする酸化物系超伝導部材。
- 請求項１〜５の何れかに記載の酸化物系超伝導部材において、前記のＬａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素を含む材料で構成された超伝導相よりも融点が低いＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料を用いて当該超伝導相を形成し、前記酸化物材料の組成が、Ｂａ：Ｃｕ＝３：５〜７の範囲にあることを特徴とする酸化物系超伝導部材。
- セラミックス材料または金属材料からなる基材上に酸化物系超伝導膜を形成する酸化物系超伝導部材の製造方法において、
酸化物系超伝導相、前記酸化物系超伝導相よりも融点が低いＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料、Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導材料、の順に堆積して前記酸化物系超伝導膜を形成する
ことを特徴とする酸化物系超伝導部材の製造方法。 - セラミックス材料または金属材料からなる基材上に酸化物系超伝導膜を形成する酸化物系超伝導部材の製造方法において、
Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導相、前記超伝導相中に析出したＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相で前記酸化物系超伝導膜を形成し、
前記超伝導相よりも融点が低い前記Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料を用いて基材温度７５０度以上の雰囲気で成膜する
ことを特徴とする酸化物系超伝導部材の製造方法。 - セラミックス材料または金属材料からなる基材上に酸化物系超伝導膜を形成する酸化物系超伝導部材の製造方法において、
Ｌａ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｏの元素で構成された超伝導相、前記超伝導相中に析出したＢａ、Ｃｕ、Ｏ組成の非超伝導相で前記酸化物系超伝導膜を形成し、
前記超伝導相よりも融点が低い前記Ｂａ、Ｃｕ、Ｏ組成で構成される酸化物材料を用いて、酸素分圧０．１Ｔｏｒｒ以上１０Ｔｏｒｒ以下、基材温度７５０度以上の雰囲気で成膜する
ことを特徴とする酸化物系超伝導部材の製造方法。 - 請求項１１または１２に記載の酸化物系超伝導部材の製造方法において、物理気相蒸着法、またはレーザ蒸着法、またはスパッタ蒸着法、または化学気相蒸着法、または有機金属化学蒸着法などの手法により前記酸化物材料を用いて成膜することを特徴とする酸化物系超伝導部材の製造方法。
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