JP2015176796A - 超伝導部材及びその製造方法 - Google Patents

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浩平 中山
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民雄 河口
裕章 池内
Hiroaki Ikeuchi
裕章 池内
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Hiroyuki Kayano
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Abstract

【課題】特性の良好な超伝導部材及びその製造方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、超伝導層と、下地層と、中間層と、を含む超伝導部材が提供される。前記超伝導層は、ＣｕとＢａとを含む酸化物である。前記下地層は、酸化セリウムである。前記中間層は、前記下地層と前記超伝導層との間に設けられ、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）である。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超伝導部材及びその製造方法に関する。
例えば、超伝導部材のマイクロ波デバイスなどへの応用が期待される。超伝導部材において、特性の向上が望まれる。特性の向上のために、超伝導部材の結晶性の向上が望まれる。
特開平４−５０１０３号公報
本発明の実施形態は、特性の良好な超伝導部材及びその製造方法を提供する。
本発明の実施形態によれば、超伝導層と、下地層と、中間層と、を含む超伝導部材が提供される。前記超伝導層は、ＣｕとＢａとを含む酸化物である。前記下地層は、酸化セリウムである。前記中間層は、前記下地層と前記超伝導層との間に設けられ、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）である。
第１の実施形態に係る超伝導部材を例示する模式的断面図である。 第１の実施形態に係る超伝導部材の特性を例示するグラフ図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る超伝導部材の特性を例示するグラフ図である。 第１の実施形態に係る超伝導部材を例示する模式的断面図である。 第２の実施形態に係る超伝導部材を例示する模式的断面図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２の実施形態に係る超伝導部材の特性を例示するグラフ図である。 第３の実施形態に係る超伝導部材の製造方法を例示するフローチャート図である。 実施形態に係る超伝導部材を用いた電子装置を例示する模式図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る超伝導部材を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る超伝導部材１１０は、下地層１０と、超伝導層２０と、中間層３０と、を含む。中間層３０は、下地層１０と超伝導層２０との間に設けられる。
下地層１０には、例えば、酸化セリウム（セリア）が用いられる。超伝導層２０には、例えば、ＣｕとＢａとを含む酸化物が用いられる。
例えば、超伝導層２０は、ＣｕＢａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏ１２−ｚ（０＜ｚ＜１）層である。すなわち、超伝導層２０には、Ｃｕ１２３４が用いられる。
超伝導層２０は、ＲｅＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（０＜δ＜０．５）層でも良い。Ｒｅは、Ｌａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｈｏ及びＥｒから選択される３種以下である。すなわち、超伝導層２０には、Ｒｅ１２３が用いられる。
中間層３０には、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）が用いられる。ｘ＋ｙ＝１である。
中間層３０は、例えば、層状である。中間層３０は、連続的である。中間層３０により、超伝導層２０は、下地層１０と分断される。例えば、超伝導層２０は、下地層１０と接しない。中間層３０は、下地層１０と接する。中間層３０は、超伝導層２０と接する。
超伝導部材１１０は、基板４０をさらに含んでも良い。基板４０は、誘電体である。基板４０は、例えばサファイア基板である。
基板４０の上に、下地層１０が形成され、下地層１０の上に中間層３０が形成され、中間層３０の上に超伝導層２０が形成される。すなわち、基板４０と中間層３０との間に、下地層１０が配置される。
下地層１０から超伝導層２０に向かう方向を積層方向（Ｚ軸方向）とする。Ｚ軸方向に沿って、基板４０、下地層１０、中間層３０及び超伝導層２０が、この順で積層される。
基板４０の厚さは、例えば２００マイクロメートル（μｍ）以上６００μｍ以下である。
下地層１０の厚さは、例えば５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
中間層３０の厚さは、例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。中間層３０の厚さは、例えば、下地層１０の厚さの０．５倍以上３倍以下である。下地層１０と中間層３０の合計の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
超伝導層２０の厚さは、例えば、３００ｎｍ以上１０μｍ以下である。
実施形態においては、下地層１０と超伝導層２０との間に、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６２＜ｘ＜０．７２、０．２８＜ｙ＜０．３８）の中間層３０が設けられる。この中間層３０は、ペロブスカイト構造を有する。中間層３０の結晶構造は安定である。このため、中間層３０の上に超伝導層２０を形成する際に、超伝導層２０の組成が変動して、超伝導層２０の特性が劣化することを抑制できる。
例えば、中間層３０を設けないで、酸化セリウムの下地層１０の上に、Ｂａを含む超伝導層２０を直接形成する参考例がある。この参考例において、超伝導層２０の形成温度が高い場合は、Ｂａと酸化セリウムとが反応して、化合物（例えばバリウムセリート）が生じ易い。この化合物の格子定数は、酸化セリウムの格子定数とは大きく異なる。この化合物の格子定数は、ｃ軸配向の超伝導層２０の格子定数とも大きく異なる。このため、この化合物は、粒状に成長し、超伝導層２０の積層成長を阻害する。この化合物は、超伝導層２０中のＢａを取り込む。超伝導層２０の組成がシフトする。このため、超伝導層２０の特性が劣化する。
この問題を特性するために、超伝導層２０を低温で形成すると、超伝導層２０において良好な結晶性を得ることが困難である。
酸化セリウムの下地層１０の（１００）面上に超伝導層２０を直接ｃ軸配向成長する場合、結晶構造の違いから、超伝導層２０の単位格子におけるａ軸方向は、下地層１０である酸化セリウム層の単位格子におけるａ軸方向に対して４５°回転する。この場合、格子整合を検討する際の超伝導層２０の格子定数として、ａ軸の格子の長さの２１／２倍の値を用いる。この値を「２１／２倍格子定数」と呼ぶこととする。そして、ａ軸の格子の長さの２−１／２倍の値を「２−１／２倍格子定数」とする。
その点を考慮すると、さらに、酸化セリウムの格子定数と、超伝導層２０の「２１／２倍格子定数」と、において、差異がある。すなわち、超伝導層２０の「２１／２倍格子定数」は、酸化セリウムの格子定数よりも大きい。このため、酸化セリウムの下地層１０の上に超伝導層２０を直接形成する参考例においては、両者における格子の不整合のため、超伝導層２０の結晶性の向上に限界がある。この参考例では、バルク状態の超伝導体に対応する結晶性を得ることが困難である。
実施形態においては、中間層３０を用いることで、超伝導層２０を高温で形成しても、超伝導層２０中のＢａが、下地層１０と反応することが抑制できる。上記のような化合物の生成が抑制できる。超伝導層２０において、高い結晶性が得られる。
中間層３０の格子定数は、酸化セリウムの格子定数と、超伝導層２０の格子定数と、の間である。格子定数に不整合が抑制される。これにより、超伝導層２０において高い結晶性が得られる。これにより、超伝導層２０の特性が向上できる。
図２は、第１の実施形態に係る超伝導部材の特性を例示するグラフ図である。
図２は、中間層３０において、Ｂａ及びＣａの組成比を変えたときの、中間層３０の格子定数を例示している。横軸は、中間層３０におけるＢａの濃度のＣａの濃度に対する比Ｒｃである。縦軸は、中間層３０の格子定数Ｌｃである。
図２に例示したように、中間層３０における、Ｃａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃにより、中間層３０の格子定数Ｌｃが変化する。比Ｒｃが高いと、中間層３０の格子定数Ｌｃは大きい。比Ｒｃが１のときの格子定数Ｌａ１は、０．６００ｎｍである。比Ｒｃが０のときの格子定数Ｌａ０は、０．４４０ｎｍである。
実施形態において、中間層３０におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃは、例えば、０．４３以上０．５０以下である。このとき、中間層３０の格子定数Ｌｃは、約０．５３８ｎｍ以上０．５４８ｎｍ以下となる。
一方、酸化セリウムの格子定数は、０．５４１ｎｍである。超伝導層２０としてＣｕＢａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏ１２−ｚ（０＜ｚ＜１）を用いた場合、超伝導層２０の「２１／２倍格子定数」は、０．５４６ｎｍである。超伝導層２０として、ＲｅＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（０＜δ＜０．５）を用いた場合、超伝導層２０の「２１／２倍格子定数」は、０．５４５ｎｍである。
従って、中間層３０におけるＢａの濃度のＣａの濃度に対する比Ｒｃを０．４３以上０．５０以下に設定することで、中間層３０の格子定数Ｌｃは、下地層１０の格子定数と、超伝導層２０の「２１／２倍格子定数」の間になる。これより、格子不整合が抑制される。超伝導層２０の結晶性が向上し、超伝導特性が向上する。
さらに、中間層３０におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃを、積層方向（下地層１０から超伝導層２０に向かう方向）において、変化させても良い。
例えば、図１に例示したように、中間層３０は、第１領域ｐ１と、第２領域ｐ２と、を含む。第２領域ｐ２は、第１領域ｐ１と超伝導層２０との間に設けられる。第１領域ｐ１は、例えば、下地層１０と中間層３０との間の第１界面領域ＩＦ１を含む。第２領域ｐ２は、中間層３０と超伝導層２０との間の第２界面領域ＩＦ２を含む。
第２領域ｐ２におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃを、第１領域ｐ１におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃと変えても良い。例えば、第２領域ｐ２におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃを、第１領域ｐ１におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃよりも高くする。これにより、第２領域ｐ２における格子定数は、第１領域ｐ１における格子定数よりも大きくなる。
すなわち、第１領域ｐ１においては、中間層３０の格子定数Ｌｃは、下地層１０の格子定数に対応する。第２領域ｐ２においては、中間層３０の格子定数Ｌｃは、超伝導層２０の「２１／２倍格子定数」に対応する。これにより、より高い結晶性が得られる。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る超伝導部材の特性を例示するグラフ図である。
図３（ａ）は、中間層３０におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃの変化を例示している。図３（ｂ）は、中間層３０における格子定数Ｌｃの変化を例示している。これらの図の横軸は、積層方向における位置ｚである。図３（ａ）の縦軸は、比Ｒｃである。図３（ｂ）の縦軸は、格子定数Ｌｃである。
図３（ａ）に表したように、積層方向に沿って、比Ｒｃを変化させる。例えば、第１界面領域ＩＦ１（第１領域ｐ１）における比Ｒｃを第１比Ｒｃ１とする。第２界面領域ＩＦ２（第２領域ｐ２）における比Ｒｃを第２比Ｒｃ２とする。第２比Ｒｃ２は、第１比Ｒｃ１よりも高い。その結果、格子定数Ｌｃが変化する。
すなわち、図３（ｂ）に表したように、例えば、第１界面領域ＩＦ１（第１領域ｐ１）における格子定数Ｌｃを第１格子定数Ｌ１とする。第２界面領域ＩＦ２（第２領域ｐ２）における格子定数Ｌｃを第２格子定数Ｌ２とする。第２格子定数Ｌ２は、第１格子定数Ｌ１よりも大きい。
例えば、第１格子定数Ｌ１と下地層１０の格子定数の差は下地層１０の格子定数の−０．５％以上０．５％以下とする。例えば、第２格子定数Ｌ２と超伝導層２０の「２１／２倍格子定数」の差は超伝導層２０の「２１／２倍格子定数」の−０．５％以上０．５％以下とする。
例えば、第２領域ｐ２におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃ（第２比Ｒｃ２）は、０．４６以上０．５０以下である。例えば、第１領域ｐ１におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃ（第１比Ｒｃ１）は、０．４３以上０．４７以下である。
中間層３０において、Ｃａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃを変化させることで、超伝導層２０において、より高い結晶性が得られる。
中間層３０の格子定数Ｌｃを超伝導層２０の格子定数に適合させることにより、超伝導層２０において、内部歪を緩和できる。これにより、超伝導層２０において、バルクに近い高品質な結晶性が得られる。
中間層３０において、上記のように、組成を傾斜させることにより、中間層３０を良好な状態で、層状に形成できる。そして、超伝導層２０の厚さを増大させることができる。これにより、超伝導層２０の特性をより向上できる。
図４は、第１の実施形態に係る超伝導部材を例示する模式的断面図である。
図４に表したように、下地層１０は、凹凸状でも良い。例えば、本実施形態に係る超伝導部材１１０ａは、超伝導層２０と、下地領域Ｒｍと、を含む。基板４０と超伝導層２０との間に、下地領域Ｒｍが設けられる。
下地領域Ｒｍは、第１部分ｑ１（基板側領域）と、第２部分ｑ２（超伝導層側領域）と、を含む。第１部分ｑ１と、超伝導層２０と、の間に、第２部分ｑ２が配置される。
第１部分ｑ１は、例えば、酸化セリウムを含む。第２部分ｑ２は、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）を含む。例えば、第１部分ｑ１は、下地層１０に対応する。第２部分ｑ２は、中間層３０に対応する。
例えば、第１部分ｑ１におけるセリウムの濃度は、第２部分ｑ２におけるセリウムの濃度よりも高い。第２部分ｑ２におけるバリウムの濃度は、第１部分ｑ１におけるバリウムの濃度よりも高い。
超伝導部材１１０ａにおいても、超伝導層２０の結晶性を向上でき、特性の良好な超伝導部材を提供できる。
この例においても、第２部分ｑ２において、比Ｒｃを積層方向に沿って変化させても良い。
超伝導部材の特性の例ついて説明する。
以下に説明する第１試料〜第８試料において、基板４０（サファイア）の上に下地層１０（酸化セリウム）が形成され、下地層１０の上に超伝導層２０が形成される。このとき、中間層３０が設けられる場合と、設けられない場合と、がある。
以下の試料において、中間層３０の形成にはレーザーアブレーション法が用いられる。それぞれの中間層３０は、その層の組成に合わせた原料ターゲットを用いて、１００パスカル（Ｐａ）以下の減圧酸素雰囲気下にて形成される。
各試料において、形成温度、酸素分圧、レーザーの繰り返し周波数、及び、レーザーパワーは、下地層１０と中間層３０と超伝導層２０とで、それぞれ異なる。超伝導２０を形成した後に、温度を短時間で２００℃まで急激に低下し、それと同時に、圧力を１０００ヘクトパスカル（ｈＰａ）まで急上昇させる。
第１試料においては、下地層１０の上に、中間層を形成せずに、超伝導層２０（Ｙ１２３）が形成される。第１試料の臨界電流密度は、３．１×１０６（Ａ／ｃｍ２）である。
第２試料においては、下地層１０の上に、中間層の代わりにＳｒＳｎＯ３層が形成され、このＳｒＳｎＯ３層の上に超伝導層２０（Ｙ１２３）が形成される。第２試料の臨界電流密度は、０．４×１０６（Ａ／ｃｍ２）である。
第３試料においては、下地層１０の上に、中間層３０として、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）が形成される。ｘは０．６８であり、ｙは０．３２である。この中間層３０の上に超伝導層２０（Ｙ１２３）が形成される。第３試料における臨界電流密度は、４．２×１０６（Ａ／ｃｍ２）である。
第４試料においては、下地層１０の上に、中間層３０として、組成を傾斜させたＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）が形成される。ｘは、０．６９〜０．６８で変化し、これに連動して、ｙは０．３１〜０．３２で変化する。この中間層３０の上に、超伝導層２０（Ｙ１２３）が形成される。第４試料の臨界電流密度は、４．８×１０６（Ａ／ｃｍ２）である。
第５試料においては、下地層１０の上に、中間層を形成せずに、超伝導層２０（Ｃｕ１２３４）が形成される。第５試料の臨界電流密度は、０．３×１０６（Ａ／ｃｍ２）である。
第６試料においては、地層１０の上に、中間層の代わりにＳｒＳｎＯ３層が形成され、このＳｒＳｎＯ３層の上に超伝導層２０（Ｃｕ１２３４）が形成される。第６試料の臨界電流密度は、０×１０６（Ａ／ｃｍ２）である。
第７試料においては、下地層１０の上に、中間層３０として、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）が形成される。ｘは０．６７であり、ｙは０．３３である。この中間層３０の上に超伝導層２０（Ｃｕ１２３４）が形成される。第７試料における臨界電流密度は、５．３×１０６（Ａ／ｃｍ２）である。
第８試料においては、下地層１０の上に、中間層３０として、組成を傾斜させたＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）が形成される。ｘは、０．６９〜０．６７で変化し、これに連動して、ｙは０．３１〜０．３３で変化する。この中間層３０の上に超伝導層２０（Ｃｕ１２３４）が形成される。第８試料の臨界電流密度は、６．２×１０６（Ａ／ｃｍ２）である。
実施形態に係る中間層３０を用いることで、高い臨界電流密度が得られる。
本実施形態において、基板４０の両方の面に、下地層１０、中間層３０及び超伝導層２０の積層構造体を設けても良い。
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る超伝導部材を例示する模式的断面図である。
図５に表したように、本実施形態に係る超伝導部材１２０は、基板４０と、超伝導層２０と、中間層３０と、を含む。中間層３０は、基板４０と超伝導層２０との間に設けられる。
基板４０には、ＭｇＯが用いられる。超伝導層２０には、ＣｕとＢａとを含む酸化物が用いられる。この場合も、超伝導層２０として、ＣｕＢａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏ１２−ｚ（０＜ｚ＜１）が用いられる。または、超伝導層２０として、ＲｅＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（０＜δ＜０．５）を用いても良い。この場合も、Ｒｅは、Ｌａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｈｏ及びＥｒから選択される３種以下である。
中間層３０には、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）が用いられる。
中間層３０設けることにより、基板４０と超伝導層２０との間の格子定数の不整合を緩和できる。これにより、超伝導層２０において、高い結晶性が得られる。
基板４０（ＭｇＯ）の格子定数は、０．４２１ｎｍである。この例では、超伝導層２０の格子定数は、基板４０の格子定数よりも小さい。この格子定数に適合するように、中間層３０の格子定数の「２−１／２倍格子定数」を調整しても良い。
例えば、基板４０と中間層３０との間の界面を第１界面領域ＩＦ１とする。中間層３０と超伝導層２０との間の界面を第２界面領域ＩＦ２とする。第２界面領域ＩＦ２（第２領域ｐ２）における第２比Ｒｃ２を、第１界面領域ＩＦ１（第１領域ｐ１）における第１比Ｒｃ１と変える。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第２の実施形態に係る超伝導部材の特性を例示するグラフ図である。
図６（ａ）は、中間層３０におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃの変化を例示している。図６（ｂ）は、中間層３０における「２−１／２倍格子定数」Ｌｃの変化を例示している。
図６（ａ）に表したように、例えば、第２界面領域ＩＦ２（第２領域ｐ２）における第２比Ｒｃ２を、第１界面領域ＩＦ１（第１領域ｐ１）における第１比Ｒｃ１よりも低くする。
図６（ｂ）に表したように、例えば、第２界面領域ＩＦ２（第２領域ｐ２）における第２「２−１／２倍格子定数」Ｌ２を、第１界面領域ＩＦ１（第１領域ｐ１）における第１「２−１／２倍格子定数」Ｌ１よりも小さくする。
例えば、第１「２−１／２倍格子定数」Ｌ１を基板４０の格子定数に対応させる。第２「２−１／２倍格子定数」Ｌ２を超伝導層２０の格子定数に対応させる。例えば、第１「２−１／２倍格子定数」Ｌ１は、基板４０の格子定数との差が基板４０の格子定数の−０．５％以上０．５％以下とする。例えば、第２「２−１／２倍格子定数」Ｌ２は、超伝導層２０の格子定数との差が超伝導層２０の格子定数の−０．５％以上０．５％以下とする。
中間層３０において、Ｃａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃを変化させることで、超伝導層２０において、より高い結晶性が得られる。
実施形態において、基板４０の両方の面に、中間層３０及び超伝導層２０の積層構造体を設けても良い。
（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る超伝導部材の製造方法を例示するフローチャート図である。
図７に表したように、誘電体の基板４０の上に酸化セリウムの下地層１０を形成する（ステップＳ１１０）。下地層１０の上にＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）の中間層３０を形成する（ステップＳ１２０）。中間層３０の上に、ＣｕとＢａとを含む酸化物の超伝導層２０を形成する（ステップＳ１３０）。超伝導層２０の形成の温度は、５００℃以上である、形成の温度は、８００℃以下である。
各層の形成には、例えば、レーザーアブレーション法が用いられる。各層の形成には、例えば、スパッタ蒸着法、分子線エピタキシー法及び共蒸着法のいずれかが用いられても良い。
実施形態においては、中間層３０の上に超伝導層２０を形成することで、超伝導層２０の形成の温度を高くすることができる。高い結晶性が得られる。
本実施形態において、超伝導層２０は、ＣｕＢａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏ１２−ｚ（０＜ｚ＜１）層である。または、超伝導層２０は、ＲｅＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（０＜δ＜０．５）層であり、Ｒｅは、Ｌａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｈｏ及びＥｒから選択される３種以下である。
本実施形態において、例えば、中間層３０は、第１領域ｐ１と、第１領域ｐ１の上の第２領域ｐ２と、を含む。中間層３０の形成は、第２領域ｐ２におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃを、第１領域ｐ１におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比Ｒｃよりも高くする。
本実施形態によれば、特性の良好な超伝導部材の製造方法が提供できる。
図８は、実施形態に係る超伝導部材を用いた電子装置を例示する模式図である。
図８に表したように、この例の電子装置３１０においては、誘電体の基板４０の両面に超伝導層を積層し、片面を加工して回路パターンが形成される。電子装置３１０において、良好な特性が得られる。
実施形態によれば、特性の良好な超伝導部材及びその製造方法が提供できる。
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、超伝導部材に含まれる基板、下地層、中間層及び超伝導層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した超伝導部材及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての超伝導部材及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０…下地層、 ２０…超伝導層、 ３０…中間層、 ４０…基板、 １１０、１１０ａ、１２０…超伝導部材、 ３１０…電子装置、 ＩＦ１、ＩＦ２…第１、第２界面領域、 Ｌ１、Ｌ２…第１、第２格子定数、 Ｌａ０、Ｌａ１、Ｌｃ…格子定数、 Ｒｃ…比、 Ｒｃ１、Ｒｃ２…第１、第２比、 Ｒｍ…下地領域、 ｐ１、ｐ２…第１、第２領域、 ｑ１、ｑ２…第１、第２部分、 ｚ…位置

Claims (20)

  1. ＣｕとＢａとを含む酸化物の超伝導層と、
    酸化セリウムの下地層と、
    前記下地層と前記超伝導層との間に設けられ、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）の中間層と、
    を備えた超伝導部材。
  2. 前記超伝導層は、ＣｕＢａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏ１２−ｚ（０＜ｚ＜１）層である請求項１記載の超伝導部材。
  3. 前記超伝導層は、ＲｅＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（０＜δ＜０．５）層であり、
    前記Ｒｅは、Ｌａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｈｏ及びＥｒから選択される３種以下である請求項１記載の超伝導部材。
  4. 前記中間層は、層状である請求項１〜３のいずれか１つに記載の超伝導部材。
  5. 前記超伝導層は、前記下地層と接しない請求項１〜４のいずれか１つに記載の超伝導部材。
  6. 前記中間層は、前記下地層と接し、前記超伝導層と接する請求項１〜５のいずれか１つに記載の超伝導部材。
  7. 前記中間層の厚さは、前記下地層の厚さの０．５倍以上３倍以下である請求項１〜６のいずれか１つに記載の超伝導部材。
  8. 前記下地層と前記中間層の合計の厚さは、５０ナノメートル以上２００ナノメートル以下である請求項１〜７のいずれか１つに記載の超伝導部材。
  9. 前記中間層におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比は、０．４３以上０．５以下である請求項１〜８のいずれか１つに記載の超伝導部材。
  10. 前記中間層におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比は、前記下地層から前記超伝導層に向かう積層方向において、変化する請求項１〜９のいずれか１つに記載の超伝導部材。
  11. 前記中間層は、第１領域と、前記第１領域と前記超伝導層との間に設けられた第２領域と、を含み、
    前記第２領域におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比は、前記第１領域におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比よりも高い請求項１〜１０のいずれか１つに記載の超伝導部材。
  12. 前記第２領域におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比は、０．４３以上０．４７以下であり、
    前記第１領域におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比は、０．４６以上０．５０以下である請求項１１記載の超伝導部材。
  13. 誘電体の基板をさらに備え、
    前記基板と前記中間層との間に前記下地層が配置される請求項１〜１２のいずれか１つに記載の超伝導部材。
  14. 前記基板は、サファイア基板である請求項１３記載の超伝導部材。
  15. ＭｇＯの基板と、
    ＣｕとＢａとを含む酸化物の超伝導層と、
    前記基板と前記超伝導層との間に設けられ、ＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）の中間層と、
    を備えた超伝導部材。
  16. 前記中間層は、第１領域と、前記第１領域と前記超伝導層との間に設けられた第２領域と、を含み、
    前記第２領域におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比は、前記第１領域におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比よりも低い請求項１５記載の超伝導部材。
  17. 誘電体の基板の上に酸化セリウムの下地層を形成し、
    前記下地層の上にＢａｘＣａｙＣｅＯ３（０．６＜ｘ＜０．８、０．２＜ｙ＜０．４）の中間層を形成し、
    前記中間層の上にＣｕとＢａとを含む酸化物の超伝導層を形成する超伝導部材の製造方法。
  18. 前記超伝導層は、ＣｕＢａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏ１２−ｚ（０＜ｚ＜１）層である請求項１７記載の超伝導部材の製造方法。
  19. 前記超伝導層は、ＲｅＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（０＜δ＜０．５）層であり、
    前記Ｒｅは、Ｌａ、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｈｏ及びＥｒから選択される３種以下である請求項１７記載の超伝導部材の製造方法。
  20. 前記中間層は、第１領域と、前記第１領域の上の第２領域と、を含み、
    前記中間層の形成は、前記第２領域におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比を、前記第１領域におけるＣａの濃度のＢａの濃度に対する比よりも高くすることを含む請求項１７〜１９のいずれか１つに記載の超伝導部材の製造方法。
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