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