JP2013501313A - 磁束ピンニングを改善するためのプレファブ式に作製されたナノ構造を有する超伝導部材 - Google Patents
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Abstract
Description
非適用。
この発明は一般に超伝導部材に関する。さらに詳しくは、この発明は磁束ピンニングを改善するためのプレファブ式に作製されたナノ構造を有する超伝導部材に関する。
超伝導材料は当該技術分野においては長年にわたって周知のものであり、理解されてきた。液体ヘリウムを用いる必要があるような温度(4.2 k)で超伝導特性を示す低温超伝導体(低tcあるいは1ts)は、1911年から知られていた。しかし、酸化物をベースとした高温超伝導体(高tc)は比較的最近まで見つかっていなかった。1986年頃、液体窒素の温度(77 K)以上の温度で超伝導特性を有する最初の高温超伝導体(HTS)、すなわちyba2cu3o7-x(YBCO)が発見された。そのあと、過去15年にわたって、bi2sr2ca2cu3o10+y(BSCCO)やその他のものも含めて別の材料が開発されてきた。高tcの超伝導体の開発によって、液体ヘリウムをベースとした比較的高価な極低温設備ではなく、液体窒素を用いたそうした超伝導体の動作コストが部分的な理由となって、経済的に実現性のある超伝導部品や、そうした材料を組み込んだ他のデバイスを開発する可能性が生じた。
ある実施の形態においては、超伝導部材は、基板と、基板の上に重なるバッファ層と、バッファ層の上に重なる高温超伝導体(HTS)層を含んでいる。HTS層は複数のナノロッドを含むことができる。ある実施の形態においては、複数のナノロッドの各々はHTS層の厚みの少なくとも約50%にわたって延びている。別の実施の形態においては、ナノロッドは互いにほぼ平行である。さらに別の実施の形態においては、複数のナノロッドは規則性のアレイを形成している。
Claims (133)
- 基板と、
この基板の上に重なるバッファ層と、
このバッファ層の上に重なる高温超伝導(HTS)層と、
からなり、前記HTS層が複数のナノロッドを含み、この複数のナノロッドの各々がHTS層の厚みの少なくとも約50%にわたって延びている超伝導部材。 - 前記ナノロッドの各々がHTS層の厚みの少なくとも約60%にわたって延びている請求項1記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々がHTS層の厚みの少なくとも約70%にわたって延びている請求項2記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々がHTS層の厚みの少なくとも約80%にわたって延びている請求項3記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々がHTS層の厚みの少なくとも約85%にわたって延びている請求項4記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々がHTS層の厚みの少なくとも約90%にわたって延びている請求項5記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々がHTS層の厚みの少なくとも約95%にわたって延びている請求項6記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々がHTS層の厚みの少なくとも約99%にわたって延びている請求項7記載の超伝導部材。
- 前記HTS層がさらにHTS材料を含み、前記複数のナノロッドがこのHTS材料とは異なる材料を含む請求項1記載の超伝導部材。
- 前記HTS層がさらにHTS材料を含み、前記複数のナノロッドがこのHTS材料とは異なる材料を含む請求項1記載の超伝導部材。
- 前記HTS材料がreba2cu3o7-xを含み、ここで0≧x>1であり、reは希土類元素あるいは希土類元素の組み合わせである請求項10記載の超伝導部材。
- 前記HTS材料がyba2cu3o7-xを含む請求項11記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドが金属、金属酸化物、あるいはその任意の組み合わせを含む請求項1記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドの各々が、バッファ層へ固定されている請求項1記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直に配置されている請求項1記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、バッファ面に対してランダムな方向に配置されている請求項1記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直以外の角度に配置されている請求項1記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々が約0.5nmと約100nmの間の直径を有する請求項1記載の超伝導部材。
- 前記直径が約50nm以下である請求項18記載の超伝導部材。
- 前記直径が約10nm以下である請求項19記載の超伝導部材。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、ナノロッドの直径の約0.5倍とナノロッドの直径の約100倍の間である請求項18記載の超伝導部材。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、約5nmと約50nmの間である請求項1記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々が約0.1ミクロンと約10.0ミクロンの間の高さを有する請求項1記載の超伝導部材。
- 前記高さが、約1.0ミクロンと約3.0ミクロンの間である請求項23記載の超伝導部材。
- 前記HTS層が約30vol%以下のナノロッドを含む請求項1記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、ナノロッドの第1のセットと、ナノロッドの第2のセットを含む請求項1記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの第1のセットが互いにほぼ平行に配置されており、ナノロッドの第2のセットが互いにほぼ平行に配置されている請求項26記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの第1のセットとナノロッドの第2のセットが、かなり異なる方向に配置されている請求項26記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの第1のセットが第1の直径を有し、ナノロッドの第2のセットが第2の直径を有する請求項26記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの第1のセットが第1の間隔を有し、ナノロッドの第2のセットが第2の間隔を有する請求項26記載の超伝導部材。
- 基板と、
この基板の上に重なるバッファ層と、
このバッファ層の上に重なる高温超伝導(HTS)層と、
からなり、前記HTS層が複数のナノロッドを含み、ナノロッドがバッファ層へ固定されている超伝導部材。 - 前記HTS層がさらにHTS材料を含み、前記複数のナノロッドがこのHTS材料とは異なる材料を含む請求項31記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドが金属、金属酸化物、あるいはその任意の組み合わせを含む請求項31記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドが互いにほぼ平行である請求項31記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直に配置されている請求項34記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直以外の角度に配置されている請求項34記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、バッファ面に対してランダムな方向に配置されている請求項31記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々が約0.5nmと約100nmの間の直径を有する請求項31記載の超伝導部材。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、ナノロッドの直径の約0.5倍とナノロッドの直径の約100倍の間である請求項38記載の超伝導部材。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、約5nmと約50nmの間である請求項31記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々が約0.1ミクロンと約10.0ミクロンの間の高さを有する請求項31記載の超伝導部材。
- 前記HTS層が約30vol%以下のナノロッドを含む請求項31記載の超伝導部材。
- 基板と、
この基板の上に重なるバッファ層と、
このバッファ層の上に重なる高温超伝導(HTS)層と、
を有し、前記HTS層が複数のナノロッドを含み、この複数のナノロッドが規則性のアレイを形成している超伝導部材。 - 前記HTS層がさらにHTS材料を含み、前記複数のナノロッドがこのHTS材料とは異なる材料を含む請求項43記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドが金属、金属酸化物、あるいはその任意の組み合わせを含む請求項43記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々が、バッファ層へ固定されている請求項43記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直に配置されている請求項43記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直以外の角度に配置されている請求項43記載の超伝導部材。
- 前記複数のナノロッドが、バッファ面に対してランダムな方向に配置されている請求項43記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々が約0.5nmと約100nmの間の直径を有する請求項43記載の超伝導部材。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、ナノロッドの直径の約0.5倍とナノロッドの直径の約100倍の間である請求項50記載の超伝導部材。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、約5nmと約50nmの間である請求項43記載の超伝導部材。
- 前記ナノロッドの各々が約0.1ミクロンと約10.0ミクロンの間の高さを有する請求項43記載の超伝導部材。
- 前記HTS層が約30vol%以下のナノロッドを含む請求項43記載の超伝導部材。
- 基板テープを提供する段階と、
この基板テープの上に重なるバッファ層を形成する段階と、
複数のナノロッドを形成する段階と、
前記バッファ層の上に重なる複数のナノロッドの周りに高温超伝導(HTS)層を蒸着する段階と、
からなる超伝導部材を形成する方法。 - 前記蒸着する段階が、少なくとも時間当たり約5ミクロンの速度で行われる請求項55記載の方法。
- 前記蒸着する段階が、少なくとも時間当たり約10ミクロンの速度で行われる請求項56記載の方法。
- 前記蒸着する段階が、少なくとも時間当たり約30ミクロンの速度で行われる請求項57記載の方法。
- 前記高温超伝導(HTS)層を蒸着するときに、基板テープを蒸着ゾーンの中で移動させる段階を含む請求項55記載の方法。
- 前記移動させる段階が、少なくとも時間当たり約10メートルの速度で行われる請求項59記載の方法。
- 前記移動させる段階が、少なくとも時間当たり約30メートルの速度で行われる請求項60記載の方法。
- 前記移動させる段階が、少なくとも時間当たり約50メートルの速度で行われる請求項61記載の方法。
- 前記HTS層がHTS材料を含み、前記複数のナノロッドがこのHTS材料とは異なる材料を含む請求項55記載の方法。
- 前記HTS材料がreba2cu3o7-xを含み、ここで0≧x>1であり、reは希土類元素あるいは希土類元素の組み合わせである請求項63記載の方法。
- 前記HTS材料がyba2cu3o7-xを含む請求項64記載の方法。
- 前記複数のナノロッドの各々が、金属、金属酸化物、あるいはその任意の組み合わせを含む請求項55記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が、バッファ層へ固定されている請求項55記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直に配置されている請求項55記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直以外の角度に配置されている請求項55記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、バッファ面に対してランダムな方向に配置されている請求項55記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が約0.5nmと約100nmの間の直径を有する請求項55記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、ナノロッドの直径の約0.5倍とナノロッドの直径の約100倍の間である請求項71記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、約5nmと約50nmの間である請求項55記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が約0.1ミクロンと約10.0ミクロンの間の高さを有する請求項55記載の方法。
- 前記HTS層が約30vol%以下のナノロッドを含む請求項55記載の方法。
- 基板テープを提供する段階と、
この基板テープの上に重なるバッファ層を形成する段階と、
ポリマコーティングを施す段階と、
このポリマコーティングを貫くナノホールを形成する段階と、
前記ナノホールの中に金属を電子蒸着して複数のナノロッドを形成する段階と、
前記ポリマコーティングを除去する段階と、
前記バッファ層の上に重なる複数のナノロッドの周りに高温超伝導(HTS)層を蒸着する段階と、
からなる超伝導部材を形成する方法。 - 前記蒸着する段階が、少なくとも時間当たり約5ミクロンの速度で行われる請求項76記載の方法。
- 前記高温超伝導(HTS)層を蒸着するときに、基板テープを蒸着ゾーンの中で移動させる段階を含む請求項76記載の方法。
- 前記移動させる段階が、少なくとも時間当たり約10メートルの速度で行われる請求項78記載の方法。
- 前記HTS層がHTS材料を含み、前記複数のナノロッドがこのHTS材料とは異なる材料を含む請求項76記載の方法。
- 前記ナノロッドが金属、金属酸化物、あるいはその任意の組み合わせを含む請求項76記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が、バッファ層へ固定されている請求項76記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直に配置されている請求項76記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直以外の角度に配置されている請求項76記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、バッファ面に対してランダムな方向に配置されている請求項76記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が約0.5nmと約100nmの間の直径を有する請求項76記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、ナノロッドの直径の約0.5倍とナノロッドの直径の約100倍の間である請求項86記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、約5nmと約50nmの間である請求項76記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が約0.1ミクロンと約10.0ミクロンの間の高さを有する請求項76記載の方法。
- 前記HTS層が約30vol%以下のナノロッドを含む請求項76記載の方法。
- 基板テープを提供する段階と、
この基板テープの上に重なるバッファ層を蒸着する段階と、
前記バッファ層の上に重なり、ナノポアのアレイを有するナノポーラス層を形成する段階と、
前記ナノポアのアレイの中に金属を電子蒸着してナノロッドのアレイを形成する段階と、
前記ナノポーラス層を除去する段階と、
前記ナノロッドのアレイの周りに、バッファ層の上に重なる高温超伝導(HTS)層を蒸着する段階と、
からなる超伝導部材を形成する方法。 - 前記蒸着する段階が、少なくとも時間当たり約5ミクロンの速度で行われる請求項91記載の方法。
- 前記高温超伝導(HTS)層を蒸着するときに、基板テープを蒸着ゾーンの中で移動させる段階を含む請求項91記載の方法。
- 前記移動させる段階が、少なくとも時間当たり約10メートルの速度で行われる請求項93記載の方法。
- 前記HTS層がHTS材料を含み、前記複数のナノロッドがこのHTS材料とは異なる材料を含む請求項91記載の方法。
- 前記ナノロッドが金属、金属酸化物、あるいはその任意の組み合わせを含む請求項91記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が、バッファ層へ固定されている請求項91記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直に配置されている請求項91記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直以外の角度に配置されている請求項91記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、バッファ面に対してランダムな方向に配置されている請求項91記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が約0.5nmと約100nmの間の直径を有する請求項91記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、ナノロッドの直径の約0.5倍とナノロッドの直径の約100倍の間である請求項101記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、約5nmと約50nmの間である請求項91記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が約0.1ミクロンと約10.0ミクロンの間の高さを有する請求項91記載の方法。
- 前記HTS層が約30vol%以下のナノロッドを含む請求項91記載の方法。
- 基板テープを提供する段階と、
この基板テープの上に重なるバッファ層を蒸着する段階と、
前記バッファ層の上に重なるナノドットアレイを形成する段階と、
前記ナノドットアレイの上にそれを核とするナノロッドのアレイを蒸着する段階と、
前記ナノロッドのアレイの周りに、バッファ層の上に重なる高温超伝導(HTS)層を蒸着する段階と、
からなる超伝導部材を形成する方法。 - 前記HTS層を蒸着する段階が、少なくとも時間当たり約5ミクロンの速度で行われる請求項106記載の方法。
- 前記高温超伝導(HTS)層を蒸着するときに、基板テープを蒸着ゾーンの中で移動させる段階を含む請求項106記載の方法。
- 前記移動させる段階が、少なくとも時間当たり約10メートルの速度で行われる請求項108記載の方法。
- 前記HTS層がHTS材料を含み、前記複数のナノロッドがこのHTS材料とは異なる材料を含む請求項106記載の方法。
- 前記ナノロッドが金属、金属酸化物、あるいはその任意の組み合わせを含む請求項106記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が、バッファ層へ固定されている請求項106記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直に配置されている請求項106記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が、約0.5nmと約100nmの間の直径を有する請求項106記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、ナノロッドの直径の約0.5倍とナノロッドの直径の約100倍の間である請求項114記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、約5nmと約50nmの間である請求項106記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が約0.1ミクロンと約10.0ミクロンの間の高さを有する請求項106記載の方法。
- 前記HTS層が約30vol%以下のナノロッドを含む請求項106記載の方法。
- 基板テープを提供する段階と、
この基板テープの上に重なるバッファ層を蒸着する段階と、
ナノロッド材料を蒸発させて材料クラウドを形成する段階と、
前記材料クラウドの中を貫いて電子ビームを基板テープまで導くことによって、バッファ層の上に重なるナノロッドのアレイを蒸着する段階と、
前記ナノロッドのアレイの周りに、バッファ層の上に重なる高温超伝導(HTS)層を蒸着する段階と、
からなる超伝導部材を形成する方法。 - 前記蒸着する段階が、少なくとも時間当たり約5ミクロンの速度で行われる請求項119記載の方法。
- 前記高温超伝導(HTS)層を蒸着するときに、基板テープを蒸着ゾーンの中で移動させる段階を含む請求項119記載の方法。
- 前記移動させる段階が、少なくとも時間当たり約10メートルの速度で行われる請求項121記載の方法。
- 前記HTS層がHTS材料を含み、前記複数のナノロッドがこのHTS材料とは異なる材料を含む請求項119記載の方法。
- 前記ナノロッドが金属、金属酸化物、あるいはその任意の組み合わせを含む請求項119記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が、バッファ層へ固定されている請求項119記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直に配置されている請求項119記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、主としてバッファ面に対して垂直以外の角度に配置されている請求項119記載の方法。
- 前記複数のナノロッドが、バッファ面に対してランダムな方向に配置されている請求項119記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が、約0.5nmと約100nmの間の直径を有する請求項119記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、ナノロッドの直径の約0.5倍とナノロッドの直径の約100倍の間である請求項129記載の方法。
- 隣接するナノロッドの対の間の間隔が、約5nmと約50nmの間である請求項119記載の方法。
- 前記ナノロッドの各々が約0.1ミクロンと約10.0ミクロンの間の高さを有する請求項119記載の方法。
- 前記HTS層が約30vol%以下のナノロッドを含む請求項119記載の方法。
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