JP3731038B2 - Ａｕ３Ｃｕ結晶構造をとる化合物を含む金属間化合物 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、超伝導体或は超伝導性薄膜等の基板材料に適するAu_３Cu 結晶構造をとる化合物を含む新規な金属間化合物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、超伝導現象は超伝導マグネット、超伝導電力貯蔵等の強電分解からジョセフソン素子、S.Q.U.I.D 等のクライオエレクトロニクス素子材料、更には磁気シールド用のシート材料等広範囲な分野での利用が期待されている。
【０００３】
既に、これまでにもNb-Ti,Nb_３Sn,V_３Ge等の金属系の超伝導体が、液体Heを使用した応用に利用されており、更に近年ではYBa_２Cu_３O_７＋δ、Bi_２Sr_２CaCu_２O_１０＋δ等のセラミックス系銅酸化物高温超伝導体についてもその実用化に向けて精力的に検討が進められている。
【０００４】
また、希土類−ニッケル−ホウ素炭化物系金属間化合物超伝導体についても実用化可能なものも見出されている（特願平8-48708 号) 。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これまでの報告されている希土類−ニッケル−ホウ素炭化物系金属間化合物超伝導体の薄膜技術では、基板材料の適合性が良好でなかった。
【０００６】
例えば、一般に薄膜基板材料として利用されているMgO では、MgO の格子定数が、a 〜4.21Å、 またSrTiO_３ではSrTiO_３の格子定数がa 〜3.91Åである。
【０００７】
一方、希土類−ニッケル−ホウ素炭化物超伝導体は正方晶系乃至斜方晶系であり、その格子定数がa 〜3.55Åであることから、希土類−ニッケル−ホウ素炭化物系金属間化合物超伝導体の薄膜化に当たっては、基板材料として従来使用されているMgO やSrTiO_３を使用したのでは格子定数のパッキングの違いが大きく異なることから、基板への薄膜積層が困難であった。
【０００８】
これに対して、これまでに報告されている希土類−ニッケル−ホウ素系炭化物（正方晶系）と、Au_３Cu をとる結晶構造（立方晶系）とはa 軸乃至b 軸が極めて類似した格子定数を持っており、本願発明者はこのことに着目し、Au_３Cu 結晶構造を含む新規な希土類−ニッケル−ホウ素炭素系金属間化合物を合成することを目的として研究の結果、この合成に成功したものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記知見に鑑み、下記化学組成式(1)(2)のAu_３Cu 結晶構造をとる化合物を含む金属間化合物を提案するものである。
【００１０】
［Ｒ_１ Ｃ_１ ］_ｍ ［Ｍ_２ Ｂ_２ ］_ｎ ［Ｍ_３ Ｍ’］ (1)
【００１１】
（m は0 又は自然数、n=1、R は、Y、Sc、又は希土類元素の１種又は２種以上を、M はIVb 族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種以上、M’はIa 族、IIa 族、IIIb 族、IVb族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII 族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種又は２種以上で、M_３M’はAu_３Cu 型結晶構造をとる化合物）
【００１２】
［Ｒ_１ Ｃ_１−ｚ ］_ｍ ［Ｍ_２−ｘ Ｂ_２−ｙ ］_ｎ ［Ｍ_３−ｕ Ｍ’_ｖ］
(2)
【００１３】
（m は0 又は自然数、n=1、Rは、Y、Sc、又は希土類元素の１種又は２種以上を、M はIVb 族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種以上、M’はIa 族、IIa 族、IIIb 族、IVb族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII 族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種又は２種以上で、M_３−ｕM’_ｖ はAu_３Cu結晶構造をとる化合物を表し、0 ≦ x <2,0 ≦ y <2, 0≦ z <1,0 ≦ u <3,0 ≦v <1）
【００１４】
また、従来の合成例から上記化学組成式(1)(2)のうちＣ元素をＮ元素に置き換えることも当然可能である。
【００１５】
そこで、この発明においては下記化学組成式(3)(4)のAu_３Cu結晶構造をとる化合物を含む金属間化合物を提案するものである。
【００１６】
［Ｒ_１ Ｎ_１ ］_ｍ ［Ｍ_２ Ｂ_２ ］_ｎ ［Ｍ_３ Ｍ’］ (3)
【００１７】
（m は0 又は自然数、n=1、R は、Y、Sc、又は希土類元素の１種又は２種以上を、M はIVb 族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種以上、M’はIa 族、IIa 族、IIIb 族、IVb族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII 族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IV a族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種又は２種以上で、M_３M’はAu_３Cu 結晶構造をとる化合物）
【００１８】
［Ｒ_１ Ｎ_１−ｚ ］_ｍ ［Ｍ_２−ｘ Ｂ_２−ｙ ］_ｎ ［Ｍ_３−ｕ Ｍ’_ｖ］
(4)
【００１９】
（m は0 又は自然数、n=1、Rは、Y、Sc、又は希土類元素の１種以上を、M はIVb 族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種以上、M’はIa 族、IIa 族、IIIb 族、IVb族、Vb 族、VIb族、VIIb族、VIII 族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種又は２種以上で、M_３−ｕM’_ｖ はAu_３Cu結晶構造をとる化合物を表し、0 ≦ x <2,0 ≦ y <2, 0≦ z <1,0 ≦ u <3,0 ≦v <1）
【００２０】
上記化学組成式で表される金属間化合物の結晶構造は正方晶系、または斜方晶系であり、結晶構造の一例を図１に示す。
【００２１】
更に、上記化学組成式で表される金属間化合物の格子定数はm=0,n=1 の時、a=3.4 〜4.0Å , b=3.4〜4.0 Å , c=5.3〜6.5Å , m=1,n=1の時、a=3.4 〜4.0 Å , b=3.4〜4.0 Å , c=13.0 〜15.0Å, m=2,n=1 の時、a=3.4 〜4.0Å , b=3.4〜4.0Å, c=10.5 〜12.0Åである。
【００２２】
【作用】
この発明に係る金属間化合物はその化学組成式から明らかなようにM_３M’或はM_３−ｕM’_ｖ のようなAu_３Cu 結晶構造を取る化合物、例えばn=1,m=1 でM をNi M’ をAlとした Ni_３Alの場合）を含んでいるため、格子定数がa=3.4 〜4.0 Åとなり、従来の希土類−ニッケル−ホウ素炭化物系金属間化合物超伝導体のそれとほぼ等しくなる。
【００２３】
この発明に係る金属間化合物は例えば希土類−ニッケル−ホウ素炭化物系金属間化合物超伝導体の薄膜積層に適した基板材料となる。
【００２４】
また、この発明に係る金属間化合物のうちM が、Ni,Pd,Pt,Rh 又はIrの１種又は２種以上であり、M’は、Al,Si,Fe, Ge，Gaの１種又は２種以上のものは超伝導転移温度T_ｃ〜9.0Kを有する超伝導体であった。
【００２５】
したがって、この発明に係る金属間化合物は希土類−ニッケル−ホウ素炭化物金属間化合物超伝導体の薄膜化においては、基板材料としての実用化が期待され、更に超伝導薄膜素子としての実用化が期待される。
【００２６】
【実施例】
以下、この発明の実施例を示すが、この発明はこれらの実施例に限定されるものでない。
Y,Ni,Al のメタルの塊、及びB,C 粉末を出発原料とし、これらの出発原料がY:C:Ni:B:Al=1:1:5:2:1 となるように秤量した。
【００２７】
B,C 粉末を、プレス機を用いて150Kg/cm^２ の圧力で、直径1cm,厚さ1mm の円形状ペレットとした。
【００２８】
Y，Ni，Alのメタル塊、B，Cの円形状ペレットを銅のハースに乗せ、アルゴン雰囲気下でアークメルト溶融させた。
【００２９】
得られた試料はボタン状をしており、このボタン状試料から幅約1mm,長さ約6mm 程度の短冊状試料を切り出し、電気伝導の温度依存性を調べた。図２はas-cast 試料の電気伝導の温度依存性を示すもので、超伝導転移温度T_ｃは約10.5K であった。
【００３０】
また、ボタン状試料の一部を粉末にし、Ｘ線粉末回折法で試料同定を行った。図３はＸ線粉末回折パターンを示す。これによれば "[Y_１C_１][Ni_２B_２][Ni_３Al](m=1,n=1)","[Y_１C_１]_２[Ni_２B_２][Ni_３Al](m=2,n=1)" の回折線が観測されているが、完全な単一相が得られていないため、他の化合物として主相の"Y_１Ni_２B_２C_１","Y_１Ni_１B_１C_１","[Ni_３Al]等が含まれている。
【００３１】
更に、ボタン状試料の一部を粉末にし、S.Q.U.I.D による磁化率の温度依存性の測定を行った。図４はas-cast 試料の磁化率の温度依存性を示した。二段落ちをする混相を示しており、"Y_１Ni_２B_２C_１"(T_ｃ〜約11.0K)" 以外に、〜10.0K で完全反磁性を示す相があった。
【００３２】
マイスナー効果の体積百分率より図３のＸ線粉末回折で述べた "[Y_１C_１][Ni_２B_２][Ni_３Al](m=1,n=1)", 若しくは"[Y_１C_１]_２[Ni_２B_２][Ni_３Al](m=2,n=1)"が超伝導を示していると思われる。
【００３３】
なお、5Kにおけるマイスナー反磁性はZero Field Cooling 時には12% 程度であった。
【００３４】
【発明の効果】
以上要するに、この発明に係る金属間化合物は希土類−ニッケル−ホウ素炭化物金属間化合物超伝導体の薄膜化においては、基板材料としての実用化が期待され、更に超伝導薄膜素子としての実用化が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 m=1,n=1 とした"[Y_１Ｃ_１][Ｎi₂B_２ ][Ni_３Al]"の結晶構造図
【図２】 実施例により得られた試料の電気伝導の温度依存性を示す図
【図３】 実施例により得られた試料のＸ線粉末回折パターン
【図４】 実施例により得られた試料の磁化率の温度依存性を示す図

Claims (8)

1. 化学組成式が次式
   ［Ｒ_１ Ｃ_１ ］_ｍ ［Ｍ_２ Ｂ_２ ］_ｎ ［Ｍ_３ Ｍ’］
   （m は0 又は自然数、n=1、R は、Y、Sc、又は希土類元素の１種又は２種以上を、M はIVb 族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIIIb族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種以上、M’はIa 族、IIa 族、IIIb 族、IVb族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII 族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種又は２種以上で、M_３M’はAu_３Cu 結晶構造をとる化合物）
   で示されるAu_３Cu 結晶構造をとる化合物を含む金属間化合物。
2. 化学組成式が次式
   ［Ｒ_１ Ｃ_１−ｚ ］_ｍ ［Ｍ_２−ｘ Ｂ_２−ｙ ］_ｎ ［Ｍ_３−ｕ Ｍ’_ｖ］
   （m は0 又は自然数、n=1、Rは、Y、Sc、又は希土類元素の１種又は２種以上を、M はIVb 族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種以上、M’はIa 族、IIa 族、IIIb 族、IVb族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII 族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種又は２種以上で、M_３−ｕM’_ｖ はAu_３Cu 結晶構造をとる化合物を表し、0 ≦ x <2,0 ≦ y <2, 0≦ z <1,0 ≦ u <3,0 ≦v <1）で示されるAu_３Cu 結晶構造をとる化合物を含む金属間化合物。
3. 化学組成式が次式
   ［Ｒ_１ Ｎ_１ ］_ｍ ［Ｍ_２ Ｂ_２ ］_ｎ ［Ｍ_３ Ｍ’］
   （m は0 又は自然数、n=1、R は、Y、Sc、又は希土類元素の１種又は２種以上を、M はIVb 族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種以上、M’はIa 族、IIa 族、IIIb 族、IVb族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII 族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IV a族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種又は２種以上で、M_３M’はAu_３Cu 結晶構造をとる化合物）
   で示されるAu_３Cu 結晶構造をとる化合物を含む金属間化合物。
4. 化学組成式が次式
   ［Ｒ_１ Ｎ_１−ｚ ］_ｍ ［Ｍ_２−ｘ Ｂ_２−ｙ ］_ｎ ［Ｍ_３−ｕ Ｍ’_ｖ］
   （m は0 又は自然数、n=1、Rは、Y、Sc、又は希土類元素の１種以上を、M はIVb 族、Vb 族、VIb族、VIIb 族、VIII族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種以上、M’はIa 族、IIa 族、IIIb 族、IVb族、Vb 族、VIb族、VIIb族、VIII 族、Ib 族、IIb族、IIIa族、IVa 族、 希土類元素、アクチノイド元素の１種又は２種以上で、M_３−ｕM’_ｖ はAu_３Cu 結晶構造をとる化合物を表し、0 ≦ x <2,0 ≦ y <2, 0≦ z <1,0 ≦ u <3,0 ≦v <1）で示されるAu_３Cu 結晶構造をとる化合物を含む金属間化合物。
5. M が、Ni,Pd,Pt,Rh 又はIrの１種又は２種以上であり、M’は、Al,Si,Fe, Ge，Gaの１種又は２種以上である請求項１乃至４に記載の金属間化合物。
6. 金属間化合物の結晶構造が正方晶系、又は斜方晶系である請求項１乃至４に記載の金属間化合物。
7. 格子定数が、m=0,n=1 の時、a=3.4 〜4.0Å , b=3.4〜4.0 Å , c=5.3〜6.5Å , m=1,n=1の時、a=3.4 〜4.0 Å , b=3.4〜4.0 Å , c=13.0〜15.0Å, m=2,n=1 の時、a=3.4 〜4.0Å , b=3.4〜4.0Å, c=10.5 〜12.0Åである請求項１乃至４に記載の金属間化合物。
8. 請求項１乃至７に記載の金属間化合物を含む超伝導体。

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