JP4523249B2 - In-plane rotating high critical current superconducting wiring of crystal axis - Google Patents
In-plane rotating high critical current superconducting wiring of crystal axis Download PDFInfo
- Publication number
- JP4523249B2 JP4523249B2 JP2003308021A JP2003308021A JP4523249B2 JP 4523249 B2 JP4523249 B2 JP 4523249B2 JP 2003308021 A JP2003308021 A JP 2003308021A JP 2003308021 A JP2003308021 A JP 2003308021A JP 4523249 B2 JP4523249 B2 JP 4523249B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- buffer layer
- substrate
- orientation
- plane
- superconducting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 123
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 49
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 38
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 7
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 3
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical group [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005329 nanolithography Methods 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
本技術は酸化物超伝導膜の高臨界電流密度化に関する。 The present technology relates to increasing the critical current density of oxide superconducting films.
超電導体に下部臨界磁場Hcl以上の磁場がかかると量子化磁束(φ0=2.07×10−15Wb)が形成され超電導体中に侵入し、この状態で電流を流すと量子化磁束にローレンツ力が働き、これらが動き出すと電圧が発生して超電導状態が壊れることが知られている。 When a magnetic field higher than the lower critical magnetic field H cl is applied to the superconductor, a quantized magnetic flux (φ 0 = 2.07 × 10 −15 Wb) is formed and enters the superconductor. It is known that the Lorentz force acts on this, and when these start moving, a voltage is generated and the superconducting state is broken.
超電導体、たとえば酸化物高温超電導体LnBa2Cu3OX(Lnはランタニド元素を表す)からなる超電導膜中の欠陥、たとえば酸素欠損、微細な不純物などの点状欠陥、転位などの線状欠陥、結晶粒界などの面状欠陥は、前記量子化磁束の移動を制限するピン止めセンターとして作用することが知られており、LnBa2Cu3OX膜では前記結晶欠陥が膜面に垂直に、すなわち、LnBa2Cu3OX結晶のc−軸に平行に入っているとき、磁場が膜面に垂直に印加された場合に臨界電流密度Jcが向上する。 Defects in a superconducting film made of a superconductor, for example, an oxide high-temperature superconductor LnBa 2 Cu 3 O X (Ln represents a lanthanide element), for example, point defects such as oxygen vacancies and fine impurities, linear defects such as dislocations It is known that planar defects such as crystal grain boundaries act as a pinning center that restricts the movement of the quantized magnetic flux. In the LnBa 2 Cu 3 O X film, the crystal defects are perpendicular to the film surface. That is, when the magnetic field is applied perpendicularly to the film surface when entering parallel to the c-axis of the LnBa 2 Cu 3 O X crystal, the critical current density J c is improved.
LnBa2Cu3OX成膜時の成膜条件を種々変えることにより自然に導入される転位の単位面積当りの密度が10/μm2〜100/μm2であったこと、膜が基板上で成長する過程で微細析出物が存在すると、そこで膜成長の連続性が崩れ、結晶欠陥、転位、結晶粒界などが生じること、およびLnBa2Cu3OX膜の臨界電流密度Jcが膜中の転位密度とともに増大することが報告されている(非特許文献1参照)。このことは転位が量子化磁束のピン止めセンターとして作用することを教示するが、成膜時に成膜条件を変えるだけで自然に導入される転位の密度を制御することは極めて困難である。 The density per unit area of dislocations naturally introduced by changing the film formation conditions during the film formation of LnBa 2 Cu 3 O X was 10 / μm 2 to 100 / μm 2 , and the film was formed on the substrate. If fine precipitates are present during the growth process, the continuity of film growth is lost, crystal defects, dislocations, grain boundaries, and the like, and the critical current density J c of the LnBa 2 Cu 3 O X film is increased in the film. It has been reported that it increases with the dislocation density (see Non-Patent Document 1). This teaches that dislocations act as a pinning center for quantized magnetic flux, but it is extremely difficult to control the density of dislocations that are naturally introduced simply by changing the deposition conditions during deposition.
一方、結晶粒界はピン止めセンターとしても作用するが、超電導電流の障壁としても作用することが知られている。LnBa2Cu3OXなどの高温超電導膜では傾角の大きな結晶粒界におけるJcは大変小さいが、傾角の小さな結晶粒界では大きなJcが維持されるので小傾角粒界は転位列とみなすことができる。転位は絶縁体であるので、転位の間隔が大きい小傾角粒界では転移間に強い超電導部分が存在し電流が流れるが、結晶粒界の傾角が大きくなって転移の歪みが重なりだすと電流が流れ難くなる。これらの結晶粒界面が超電導膜の膜面に垂直であれば、極めて有効なピン止めセンターになる。しかしながら、一般には結晶粒界はランダムに存在するため結晶粒界の傾角を制御することによってJcを制御するのは極めて難しい。 On the other hand, it is known that the grain boundary acts as a pinning center but also acts as a barrier for superconducting current. In a high-temperature superconducting film such as LnBa 2 Cu 3 O X, J c at a crystal grain boundary having a large tilt angle is very small, but since a large J c is maintained at a crystal grain boundary having a small tilt angle, the low tilt grain boundary is regarded as a dislocation array. be able to. Since dislocations are insulators, there is a strong superconducting portion between the transitions at a small-angle grain boundary with a large dislocation spacing, and current flows.However, if the tilt of the grain boundary becomes large and the distortion of the transition overlaps, the current flows. It becomes difficult to flow. If these crystal grain interfaces are perpendicular to the surface of the superconducting film, it becomes a very effective pinning center. However, in general very difficult to control the J c by controlling the inclination of the crystal grain boundaries because the crystal grain boundaries existing randomly.
超電導バルクマグネットでは、LnBa2Cu3OXに高融点材料であるLn2BaCuOXを微細に粉砕して混合し、Ln2BaCuOXを融解させない条件で超伝導体を作製することにより、LnBa2Cu3OX中にピン止めセンターを導入している(非特許文献2参照)。一方、蒸着法によってLnBa2Cu3OX膜を形成する場合、膜内の一部のみの組成が異なり、他の部分は超電導体組成であるLn:Ba:Cu比率を1:2:3に維持することは極めて困難である。たとえば、膜内の一部に高融点材料であるLn2BaCuOXを導入するように、成膜材料の組成を超電導YBCO組成からずらすと、膜全体の組成が膜内の一部にLn2BaCuOXが導入されることはなく、膜全体の組成が超電導体組成からずれてしまい超電導特性が劣化する。 The superconducting bulk magnet by LnBa 2 Cu 3 O X a refractory material in which Ln 2 BaCuO X were mixed with finely ground to, to produce a superconductor in conditions that do not melt the Ln 2 BaCuO X, LnBa 2 A pinning center is introduced into Cu 3 O X (see Non-Patent Document 2). On the other hand, when the LnBa 2 Cu 3 O X film is formed by the vapor deposition method, the composition of only a part of the film is different, and the other part is a superconductor composition, and the Ln: Ba: Cu ratio is 1: 2: 3. It is extremely difficult to maintain. For example, when the composition of the film forming material is shifted from the superconducting YBCO composition so that Ln 2 BaCuO X which is a high melting point material is introduced into a part of the film, the composition of the entire film becomes Ln 2 BaCuO in a part of the film. X is not introduced, and the composition of the entire film deviates from the superconductor composition, degrading the superconducting properties.
前述のように、超電導膜の表面に垂直な結晶粒界面が超電導膜の電流の流れる方向に沿って存在すれば、ピン止めセンターとして最も有効と考えられている。しかしながら、蒸着法によって超電導膜を形成する際に、該超伝導膜中にピン止めセンターとして作用し得る転移、結晶粒界、結晶欠陥を制御して導入することは極めて困難である。特に超電導膜のマトリックス部分の組成を維持しながら、組成の全く異なる材料を膜内に分散させることは、実質的に不可能である。 As described above, if a crystal grain interface perpendicular to the surface of the superconducting film exists along the direction of current flow in the superconducting film, it is considered to be most effective as a pinning center. However, when forming a superconducting film by vapor deposition, it is extremely difficult to control and introduce transition, crystal grain boundaries, and crystal defects that can act as a pinning center in the superconducting film. In particular, it is substantially impossible to disperse materials having completely different compositions in the film while maintaining the composition of the matrix portion of the superconducting film.
したがって、超電導膜中に電流通電方向に沿って存在する人工ピン止めセンターが導入された超伝導配線、および該超伝導配線を形成する方法が求められている。 Therefore, there is a need for a superconducting wiring in which an artificial pinning center existing along the direction of current flow is introduced in the superconducting film, and a method for forming the superconducting wiring.
本発明の第1の実施形態の超伝導配線は、基板と、基板上に設けられ、LnBa2Cu3Ox(式中、Lnは、Yあるいはランタニド元素の中で左記構造が超伝導体となる元素を表し、6.5<x<7.1である)なる組成を有して電流を流す超伝導膜とを含み、前記超伝導膜は、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向を有する第1配向部分と、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向とは異なる第2の面内配向を有する第2配向部分とを有し、前記第2配向部分は、前記電流の流れる方向に沿って延在する複数の部分から構成され、該複数の部分の側面は前記基板に対して垂直であることを特徴とする。前記第1配向部分の面内配向方位と前記第2配向部分の面内配向方位との差が35°以上45゜以下であることが望ましい。また、前記基板と前記超伝導膜の前記第2配向部分との間に第1バッファ層が設けられていてもよい。前記基板は、MgO、または他の基板にMgO層を積層したものであってもよい。 The superconducting wiring of the first embodiment of the present invention is provided on a substrate and the substrate, and LnBa 2 Cu 3 O x (wherein Ln is Y or a lanthanide element, the structure on the left is a superconductor) And a superconducting film that has a composition of 6.5 <x <7.1) and allows a current to flow. The superconducting film has a c-axis oriented perpendicular to the substrate surface. And a first orientation portion having a first in-plane orientation and a second orientation portion having a c-axis oriented perpendicular to the substrate surface and having a second in-plane orientation different from the first in-plane orientation. An alignment portion, wherein the second alignment portion is composed of a plurality of portions extending along a direction in which the current flows, and side surfaces of the plurality of portions are perpendicular to the substrate. And The difference between the in-plane orientation azimuth of the first orientation portion and the in-plane orientation azimuth of the second orientation portion is preferably 35 ° or more and 45 ° or less. In addition, a first buffer layer may be provided between the substrate and the second alignment portion of the superconducting film. The substrate may be MgO or a substrate in which an MgO layer is stacked on another substrate.
本発明の第2の実施形態の超伝導配線は、基板と、前記基板上に設けられた複数の部分からなる第2バッファ層と、前記基板および前記第2バッファ層を覆って設けられた第3バッファ層と、前記第3バッファ層の上に設けられ、LnBa2Cu3Ox(式中、Lnは、Yあるいはランタニド元素の中で左記構造が超伝導体となる元素を表し、6.5<x<7.1である)なる組成を有して電流を流す超伝導膜とを含み、前記超伝導膜は、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向を有する第1配向部分と、前記第2バッファ層の上方に位置し、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向とは異なる第2の面内配向を有する第2配向部分とを有し、前記第2配向部分は、前記電流の流れる方向に沿って延在する複数の部分から構成され、該複数の部分の側面は前記基板に対して垂直であることを特徴とする。前記第1配向部分の面内配向方位と前記第2配向部分の面内配向方位との差が35°以上45゜以下であることが望ましい。また、前記基板と前記超伝導膜の前記第2配向部分との間に第1バッファ層が設けられていてもよい。前記基板は、MgO;R面サファイア;A面サファイア;あるいは、他の基板にMgO層、R面サファイア層、もしくはA面サファイア層を積層したものであってもよい。 A superconducting wiring according to a second embodiment of the present invention includes a substrate, a second buffer layer composed of a plurality of portions provided on the substrate, and a first buffer layer that covers the substrate and the second buffer layer. 3. LnBa 2 Cu 3 O x (wherein Ln represents an element in which the left structure is a superconductor in Y or a lanthanide element, provided on three buffer layers and the third buffer layer; 5 <x <7.1) and a superconducting film through which an electric current flows. The superconducting film has a c-axis oriented perpendicular to the substrate surface, and the first surface A first orientation portion having an in-plane orientation, and a second in-plane orientation that is located above the second buffer layer, the c-axis is oriented perpendicular to the substrate surface, and is different from the first in-plane orientation A second alignment portion having the second alignment portion along the direction of current flow Is composed of a plurality of portions standing, side portions of said plurality of characterized in that it is perpendicular to the substrate. The difference between the in-plane orientation azimuth of the first orientation portion and the in-plane orientation azimuth of the second orientation portion is preferably 35 ° or more and 45 ° or less. In addition, a first buffer layer may be provided between the substrate and the second alignment portion of the superconducting film. The substrate may be MgO; R-plane sapphire; A-plane sapphire; or a laminate of an MgO layer, R-plane sapphire layer, or A-plane sapphire layer on another substrate.
本発明の第3の実施形態の超伝導配線は、基板と、前記基板を覆って設けられた第4バッファ層と、前記第4バッファ層上に設けられた複数の部分からなる第2バッファ層と、前記第2バッファ層および第4バッファ層の上に設けられ、LnBa2Cu3Ox(式中、Lnは、Yあるいはランタニド元素の中で左記構造が超伝導体となる元素を表し、6.5<x<7.1である)なる組成を有して電流を流す超伝導膜とを含み、前記超伝導膜は、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向を有する第1配向部分と、前記第2バッファ層の上方に位置し、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向とは異なる第2の面内配向を有する第2配向部分とを有し、前記第2配向部分は、前記電流の流れる方向に沿って延在する複数の部分から構成され、該複数の部分の側面は前記基板に対して垂直であることを特徴とする。前記第1配向部分の面内配向方位と前記第2配向部分の面内配向方位との差が35°以上45゜以下であることが望ましい。また、前記基板と前記超伝導膜の前記第2配向部分との間に第1バッファ層が設けられていてもよい。前記基板は、MgO;R面サファイア;A面サファイア;あるいは、他の基板にMgO層、R面サファイア層、もしくはA面サファイア層を積層したものであってもよい。 The superconducting wiring according to the third embodiment of the present invention includes a substrate, a fourth buffer layer provided so as to cover the substrate, and a second buffer layer comprising a plurality of portions provided on the fourth buffer layer. And provided on the second buffer layer and the fourth buffer layer, and LnBa 2 Cu 3 O x (wherein Ln represents an element in which the left structure is a superconductor in Y or a lanthanide element, 6.5 <x <7.1), and a superconducting film through which a current flows. The superconducting film has a c-axis oriented perpendicular to the substrate surface, and the first A first orientation portion having an in-plane orientation, and a second surface located above the second buffer layer and having a c-axis oriented perpendicular to the substrate surface and different from the first in-plane orientation A second alignment portion having an inner alignment, and the second alignment portion is in a direction in which the current flows. What is composed of a plurality of portions extending, side portion of said plurality of characterized in that it is perpendicular to the substrate. The difference between the in-plane orientation azimuth of the first orientation portion and the in-plane orientation azimuth of the second orientation portion is preferably 35 ° or more and 45 ° or less. In addition, a first buffer layer may be provided between the substrate and the second alignment portion of the superconducting film. The substrate may be MgO; R-plane sapphire; A-plane sapphire; or a laminate of an MgO layer, R-plane sapphire layer, or A-plane sapphire layer on another substrate.
本発明の超伝導配線においては,超伝導膜が異なる面内配向を有する部分から構成され、異なる面内配向を有する部分の間の界面が人工的に導入される。する。該界面は電流通電方向に沿って配列されるので、電流を流した時に発生するローレンツ力により量子化磁束が電流に垂直方向に移動することを阻止するピン止めセンターとして機能し、量子化磁束を移動させることなく従来よりも大きな電流を流すことを可能とする。すなわち、換言すれば、本発明の超伝導配線は、従来よりもゼロ抵抗で流せる電流密度を向上させることができるという効果を奏するものである。 In the superconducting wiring of the present invention, the superconducting film is composed of portions having different in-plane orientations, and an interface between the portions having different in-plane orientations is artificially introduced. To do. Since the interface is arranged along the direction of current flow, it functions as a pinning center that prevents the quantized magnetic flux from moving in the direction perpendicular to the current due to the Lorentz force generated when a current is passed. It is possible to flow a larger current than before without moving. That is, in other words, the superconducting wiring of the present invention has an effect that the current density that can flow with zero resistance can be improved as compared with the conventional case.
本発明においては、酸化物超伝導体の異方性を利用して、同一組成の酸化物超伝導体間にピン止めセンターを作製する。すなわち、酸化物超伝導体の対称性が結晶方位により異なるという異方性を用いて、酸化物超伝導体の対称性の急激な変化を起こす界面をピン止めセンターに用いるものである。具体的には、酸化物超伝導体のab−面内の対称性の変化を用いる。酸化物超伝導体LnBa2Cu3Oxのab−面内は超伝導の対称性がdx2−y2となっており、45°の方向にノードがある。そのため、ある超伝導体のa−もしくはb−軸方向と他の超伝導体の<110>方向の界面では45°の位相回転を余儀なくされ、その界面では大きな超伝導体の対称性の壁が形成される。本発明は、この対称性の壁をピン止めセンターとする構造を与えるものである。 In the present invention, utilizing the anisotropy of the oxide superconductor, a pinning center is formed between the oxide superconductors having the same composition. That is, an interface that causes an abrupt change in the symmetry of the oxide superconductor is used for the pinning center by using the anisotropy that the symmetry of the oxide superconductor varies depending on the crystal orientation. Specifically, a change in symmetry in the ab-plane of the oxide superconductor is used. In the ab-plane of the oxide superconductor LnBa 2 Cu 3 O x , the symmetry of superconductivity is d x2 -y2, and there is a node in the direction of 45 °. Therefore, a 45 ° phase rotation is forced at the interface between the a- or b-axis direction of one superconductor and the <110> direction of another superconductor, and a large superconductor symmetry wall is formed at the interface. It is formed. The present invention provides a structure in which this symmetrical wall is a pinning center.
本発明の第1の実施形態の超伝導配線を図1に示す。図1の超伝導配線は、基板1の上に、電流通電方向8に沿って延在する複数の第1バッファ層2と、超伝導膜は、基板1に接触している第1配向部分7と、第1バッファ層2の上に設けられた第2配向部分6とで構成されている。第1配向部分7および第2配向部分6の両方において、超伝導体のc−軸は、基板1の表面に対して垂直に配向している。しかし、第1配向部分7および第2配向部分6は、それぞれ第1の面内配向および第2の面内配向を有し、第1の面内配向と第2の面内配向とは異なる面内配向方位を有する。本明細書における面内配向方位とは、超伝導体の<110>方向を意味する。第1の面内配向および第2の面内配向の配向方位は、35゜以上45゜以下、好ましくは40゜以上45゜以下の差を有する。
The superconducting wiring of the first embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 includes a plurality of first buffer layers 2 extending along a current-carrying
本発明の超伝導膜を形成するのに用いることができる超伝導体材料は、化学式LnBa2Cu3Oxを有する酸化物超伝導体であり、式中、LnはYまたは前記化学式を超伝導体とするランタニド元素を表し、6.5<x<7.1である。好ましい酸化物超伝導体は、YBa2Cu3Oxである。また、LnBa2Cu3Ox以外のBi系(Bi2Sr2Can−1CunOxなど),Tl系(TlSr2Ca2Cu3Ox、TlSr2Can−1CunOxなど),Hg系(HgSr2Can−1CunOxなど)の酸化物超伝導体においても、同様に面内配向を35°以上45゜以下回転させるバッファ層があれば,同じ効果が得られることはいうまでもない。 A superconductor material that can be used to form the superconducting film of the present invention is an oxide superconductor having the chemical formula LnBa 2 Cu 3 O x , where Ln is Y or superconducting the chemical formula. Represents a lanthanide element as a body, and 6.5 <x <7.1. A preferred oxide superconductor is YBa 2 Cu 3 O x . Further, (such as Bi 2 Sr 2 Ca n-1 Cu n O x) LnBa 2 Cu 3 O x other than Bi system, Tl system (TlSr 2 Ca 2 Cu 3 O x, TlSr 2 Ca n-1 Cu n O x Etc.) and Hg-based (HgSr 2 Cann -1 Cu n O x ) oxide superconductors have the same effect if there is a buffer layer that rotates the in-plane orientation by 35 ° or more and 45 ° or less. It goes without saying that it can be obtained.
基板1は、超伝導体材料のc−軸を基板面に対して垂直に配向させ、かつ<110>軸を特定の方向(第1面内配向)に配向させることができる材料から形成される。望ましい基板材料は、MgOである。あるいはまた、他の基板(酸化物基板、窒化物基板、半導体基板、純Ni、Ni−Cr、Ni−WなどのNi基合金基板、純Cu、Cu−NiなどのCu基合金基板、またはFe−Si、ステンレスなどのFe基合金基板など)の上にMgO層を積層したものを基板1として用いてもよい。
The
第1バッファ層2は、基板1上に形成された際に、超伝導体材料のc−軸を基板面に対して垂直に配向させ、かつ<110>軸を第1面内配向とは異なる特定の方向(第2面内配向)に配向させること、すなわち面内配向を回転させることができる材料から形成される。第1バッファ層2として用いることができる材料は、CeO2、ZrO2等のような蛍石構造を有する材料、またはGd2Zr2O7等のようなパイロクロア構造を有する材料を含む。第1バッファ層2が0.4nm以上、好ましくは10nmの膜厚を有することにより、その上に形成される超伝導膜の面内配向を制御することが可能となる。
When the first buffer layer 2 is formed on the
本実施形態において、基板1と第1バッファ層2とは、その上に配向される超伝導体材料の面内配向を、35゜以上45゜以下、好ましくは40゜以上45゜以下の面内配向方位差を有するように制御できる組合せで用いることが重要である。基板1/第1バッファ層2の好ましい組合せは、MgO/CeO2、MgO/ZrO2を含む。
In this embodiment, the
第1バッファ層2は、PLD(パルスレーザ蒸着法)、蒸着法、スパッタ法、CVD(化学気相蒸着法)、MBE(分子ビームエピタキシー法)または金属有機物堆積法(MOD)を用いて、材料を基板上にエピタキシャル成長させることにより形成することができる。第1バッファ層2を、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分に分割するためには、ナノリソグラフィ法、積層時にマスクを用いる方法、またはリフトオフ法などを用いることができる。第1バッファ層の分割された複数の部分のそれぞれの幅(電流通電方向8に直交する方向の寸法)は、印加される磁界の磁束密度Bにおける量子化磁束格子定数af(af=1.07×(φ0/B)1/2の式で計算される)以下であることが望ましい。第1バッファ層2の複数に分割された部分それぞれの幅は通常100nm以下、好ましくは5nm〜50nmであることが望ましい。さらに、第1バッファ層の隣接する2つの部分の間隔もまた、印加される磁界の磁束密度Bにおける量子化磁束格子定数af以下であることが望ましい。第1バッファ層の隣接する2つの部分の間隔は、通常100nm以下、好ましくは5nm〜50nmであることが望ましい。
The first buffer layer 2 is made of PLD (pulse laser deposition), vapor deposition, sputtering, CVD (chemical vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy), or metal organic matter deposition (MOD). Can be formed by epitaxial growth on the substrate. In order to divide the first buffer layer 2 into a plurality of portions extending along the current-carrying
そして、複数の部分に分割された第1バッファ層2を形成した基板1の上に、PLD、蒸着法、スパッタ法、CVD、MBEまたはMODを用いて超伝導体材料を積層することにより、第1配向部分7および第2配向部分6で構成される超伝導体膜を形成する。本実施形態においては、第2配向部分6が電流通電方向8に沿って延在する複数の部分からなる第1バッファ層上に設けられるため、第1配向部分7もまた、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分に分割される(図2を参照されたい)。したがって、第1配向部分7と第2配向部分との界面9は、電流通電方向8に平行である。本発明においては、界面9が電流通電方向に対して垂直でなければ、その構造は超伝導配線として機能し得る。なお、本発明において、第1配向部分7および第2配向部分6の面内配向方位は、前述の面内配向方位差を有することを条件として、任意の方向であってもよい。
Then, a superconductor material is laminated on the
超伝導膜の第1配向部分7および第2配向部分6は、いずれもそのc−軸が基板表面に対して垂直に配向しており、基板表面に平行にab−面(いわゆる、超伝導面である)が存在する。したがって、方向8に沿って流れる電流は、第1配向部分7および第2配向部分6のab−面内を流れることが可能であるので、その電流密度を向上させることができる。そして、界面9では、その面内配向が大きく異なり、波動関数の対称性に大きな差が生じている。したがって、電流通電時に超伝導膜内の量子化磁束が電流通電方向8と直交する方向にローレンツ力を受けたとしても、界面9を越えて移動することができない。すなわち界面9が、量子化磁束の移動に対する有効なピン止めセンターとして機能し、臨界電流密度Jcを上昇させることを可能とする。
Each of the
本発明の第2の実施形態の超伝導配線を、図3に示す。図3の超伝導配線は、基板1上に、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分からなる第2バッファ層3と、基板1および第2バッファ層を覆って存在する第3バッファ層4と、第3バッファ層4の上に設けられた超伝導膜とを有する。超伝導膜は、第2バッファ層3の上方に位置し、第2の面内配向を有する第2配向部分6と、基板1と第3バッファ層4とが直接接触している部分の上方に位置し、第1の面内配向を有する第1配向部分7とで構成される。本実施形態においても、第1の面内配向の配向方位と、第2の面内配向の配向方位との差は、35゜以上45゜以下、好ましくは40゜以上45゜以下であることが望ましい。
The superconducting wiring of the second embodiment of the present invention is shown in FIG. The superconducting wiring of FIG. 3 includes a
基板1の材料としては、MgO、R面サファイアおよびA面サファイアを用いることができる。あるいはまた、他の基板(酸化物基板、窒化物基板、半導体基板、純Ni、Ni−Cr、Ni−WなどのNi基合金基板、純Cu、Cu−NiなどのCu基合金基板、またはFe−Si、ステンレスなどのFe基合金基板など)の上にMgO層、R面サファイア層、またはA面サファイア層を積層したものを基板1として用いてもよい。
As a material for the
第2バッファ層3は、その上に第3バッファ層4が形成された際に、超伝導体材料のc−軸を基板面に対して垂直に配向させ、かつ<110>軸を特定の方向(第2面内配向)に配向させること、すなわち面内配向を回転させることができる材料から形成される。第2バッファ層3として用いることができる材料は、II−IV族ペロブスカイト構造を有するBaSnO3、BaZrO3、SrSnO3、SrTiO3、SrZrO3、BaTiO3を含む。第2バッファ層3が0.4nm以上、好ましくは10nmの膜厚を有することにより、その上に形成される超伝導膜の面内配向を制御することが可能となる。
When the third buffer layer 4 is formed on the
第2バッファ層3は、PLD(パルスレーザ蒸着法)、蒸着法、スパッタ法、CVD(化学気相蒸着法)またはMBE(分子ビームエピタキシー法)を用いて、材料を基板1上に積層することにより形成することができる。第2バッファ層3を、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分に分割するためには、ナノリソグラフィ法、積層時にマスクを用いる方法、またはリフトオフ法などを用いることができる。第2バッファ層の分割された複数の部分のそれぞれの幅(電流通電方向8に直交する方向の寸法)は、印加される磁界の磁束密度Bにおける量子化磁束格子定数af以下であることが望ましい。第2バッファ層3の複数に分割された部分それぞれの幅は通常100nm以下、好ましくは5nm〜50nmであることが望ましい。さらに、第2バッファ層の隣接する2つの部分の間隔もまた、印加される磁界の磁束密度Bにおける量子化磁束格子定数af以下であることが望ましい。第2バッファ層の隣接する2つの部分の間隔は、通常100nm以下、好ましくは5nm〜50nmであることが望ましい。
The
第3バッファ層4は、超伝導膜を形成する超伝導体材料との相互拡散を起こすことがなく、超伝導膜を構成する超伝導体材料のc−軸を基板面に対して垂直方向に配向させることができ、かつその下に基板1が存在するか、第2バッファ層3が存在するかによって、上に形成される超伝導膜材料の面内配向方位を変化させることができる材料から形成される。基板1と第3バッファ層4とが直接接触している部分においては、超伝導体材料の<110>軸は特定の方向(第1面内配向)に配向される。そして、第3バッファ層4を設けることによって、基板1の材料とLnBa2Cu3Ox等の超伝導体材料との相互拡散を防止することができる。第3バッファ層4は、基板1および第2バッファ層3を覆うように、前面に均一に形成される。第3バッファ層4として用いることができる材料は、CeO2、ZrO2等のような蛍石構造を有する材料、またはGd2Zr2O7等のようなパイロクロア構造を有する材料を含む。第3バッファ層4が0.4nm以上、好ましくは10nmの膜厚を有することにより、下にある層の種類によって、その上に形成される超伝導膜の面内配向を制御することが可能となる。
The third buffer layer 4 does not cause mutual diffusion with the superconductor material forming the superconductor film, and the c-axis of the superconductor material constituting the superconductor film is perpendicular to the substrate surface. From a material that can be oriented and can change the in-plane orientation direction of the superconducting film material formed thereon depending on whether the
本実施形態において、基板1、第2バッファ層3、および第3バッファ層4は、その上に配向される超伝導体の面内配向を、35゜以上45゜以下、好ましくは40゜以上45゜以下の面内配向方位差を有するように制御できる組合せで用いることが重要である。第2バッファ層3/第2バッファ層4の好ましい組合せは、BaSnO3/CeO2、BaZrO3/CeO2、SrSnO3/CeO2、SrTiO3/CeO2、SrZrO3/CeO2、BaTiO3/ZrO2を含む。
In the present embodiment, the
そして、第3バッファ層4の上に、PLD、蒸着法、スパッタ法、CVD、MBEまたはMOBを用いて超伝導体材料を積層することにより、第1配向部分7および第2配向部分6で構成される超伝導体膜を形成する。本実施形態においては、第2配向部分6が電流通電方向8に沿って延在する複数の部分からなる第2バッファ層の上方に設けられるため、第1配向部分7もまた、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分に分割される。したがって、本実施形態の超伝導膜は、第1の実施形態の超伝導膜と同様の形状を有する(図2を参照されたい)。本実施形態においても、第1配向部分7および第2配向部分6の面内配向方位は、前述の面内配向方位差を有することを条件として、任意の方向であってもよい。
Then, a superconductor material is laminated on the third buffer layer 4 using PLD, vapor deposition, sputtering, CVD, MBE or MOB, thereby constituting the
本実施形態においても、電流通電方向8に沿って流れる電流は、第1配向部分7および第2配向部分6のab−面内を流れることが可能であるので、その電流密度を向上させることができる。そして、第1配向部分7と第2配向部分6との界面9が、量子化磁束の移動に対する有効なピン止めセンターとして機能し、臨界電流密度Jcを上昇させることを可能とする。
Also in the present embodiment, the current flowing along the
本発明の第3の実施形態の超伝導配線を、図4に示す。図4の超伝導配線は、基板1上に、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分からなる第2バッファ層3と、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分からなる第3バッファ層4と、第3バッファ層4および第2バッファ層3の上に設けられた超伝導膜とを有する。本実施形態は、第3バッファ層4を基板1および第2バッファ層3の全面を覆うように設けるのではなく、第2バッファ層3の2つの隣接する部分の間のみに設けるという点において、第2の実施形態と異なるものである。したがって、本実施形態において、第3バッファ層4は複数の部分から構成され、該部分のそれぞれは第2バッファ層3の2つの隣接する部分に挟持されている。超伝導膜は、第2バッファ層3上の第2の面内配向を有する第2配向部分6と、第3バッファ層4上の第1の面内配向を有する第1配向部分7とで構成される。本実施形態においても、第1の面内配向の配向方位と、第2の面内配向の配向方位との差は、35゜以上45゜以下、好ましくは40゜以上45゜以下であることが望ましい。
The superconducting wiring of the third embodiment of the present invention is shown in FIG. The superconducting wiring of FIG. 4 is formed on the
基板1の材料としては、第2の実施形態と同様に、MgO、R面サファイアおよびA面サファイアを用いることができる。あるいはまた、他の基板(酸化物基板、窒化物基板、半導体基板、純Ni、Ni−Cr、Ni−WなどのNi基合金基板、純Cu、Cu−NiなどのCu基合金基板、またはFe−Si、ステンレスなどのFe基合金基板など)の上にMgO層、R面サファイア層、またはA面サファイア層を積層したものを基板1として用いてもよい。
As a material for the
本実施形態の第2バッファ層3は、本実施形態の第2バッファ層3は、第2の実施形態同様に、ペロブスカイト構造を有するBaSnO3、BaZrO3、SrSnO3、SrTiO3、SrZrO3、BaTiO3から形成される。第2バッファ層3は、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分で構成される。第2バッファ層3の2つの隣接する部分は、第3バッファ層4の構成部分により離隔される。第2バッファ層3を構成する複数の部分のそれぞれは、印加される磁界の磁束密度Bにおける量子化磁束格子定数af以下であることが望ましい。それぞれの部分の幅は、通常100nm以下、好ましくは5nm〜50nmであることが望ましい。さらに、第2バッファ層3の隣接する2つの部分の間隔(すなわち第3バッファ層4を構成する部分のそれぞれの幅に相当する)もまた、印加される磁界の磁束密度Bにおける量子化磁束格子定数af以下であることが望ましい。第2バッファ層の隣接する2つの部分の間隔は、通常100nm以下、好ましくは5nm〜50nmであることが望ましい。
The
第3バッファ層4は、超伝導膜を形成するLnBa2Cu3Ox等の超伝導体材料との相互拡散を起こすことがなく、その上に形成される超伝導体材料のc−軸を基板面に対して垂直方向に配向させることができ、かつその該超伝導膜材料を第1の面内配向方位に配向させることができる材料から形成される。第3バッファ層4は、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分で構成され、第3バッファ層4の2つの隣接する部分は、第2バッファ層3の構成部分の1つにより離隔される。前述のように、第2バッファ層3を構成する複数の部分のそれぞれの幅および隣接する2つの部分の間隔は、印加される磁界の磁束密度Bにおける量子化磁束格子定数af以下であることが望ましい。それぞれの部分の幅は、通常100nm以下、好ましくは5nm〜50nmであることが望ましい。第3バッファ層4の隣接する2つの部分の間隔は、通常100nm以下、好ましくは5nm〜50nmであることが望ましい。第3バッファ層4として用いることができる材料は、CeO2、ZrO2等のような蛍石構造を有する材料、またはGd2Zr2O7等のようなパイロクロア構造を有する材料を含む。第3バッファ層4が0.4nm以上、好ましくは10nmの膜厚を有することにより、その上に形成される超伝導膜の面内配向を制御することが可能となる。
The third buffer layer 4 does not cause mutual diffusion with the superconductor material such as LnBa 2 Cu 3 O x forming the superconductor film, and the c-axis of the superconductor material formed on the third buffer layer 4 It is formed from a material that can be oriented in a direction perpendicular to the substrate surface and that can be oriented in the first in-plane orientation orientation. The third buffer layer 4 is composed of a plurality of portions extending along the
本実施形態において、第2バッファ層3と第3バッファ層4とは、その上に配向される超伝導体の面内配向を、35゜以上45゜以下、好ましくは40゜以上45゜以下の面内配向方位差を有するように制御できる組合せで用いることが重要である。第2バッファ層3/第2バッファ層4の好ましい組合せは、BaSnO3/CeO2、BaZrO3/CeO2、SrSnO3/CeO2、SrTiO3/CeO2、SrZrO3/CeO2、BaTiO3/ZrO2を含む。
In the present embodiment, the
本実施形態における第2バッファ層3および第3バッファ層4は、例えば以下のように形成することができる。最初に基板1上の全面に第3バッファ層4を形成する。次にフォトレジストを塗布し、所望の形状の第3バッファ層4を与えるように露光、現像を行い、エッチングマスクを形成する。そして、該エッチングマスクを用いて、第3バッファ層4をエッチングし、基板1の表面を露出させる。次に、前述のエッチングマスクをリフトオフレジストとして用いて、第2バッファ層3を形成する。最後に、エッチングマスクおよびその上に形成された第2バッファ層3を除去することによって、それぞれ複数の部分からなり、かつ交互に配列された第2バッファ層3および第3バッファ層4が得られる。適用可能な加工条件が存在するならば、最初に第2バッファ層3を積層し、次に第3バッファ層4をリフトオフしてもよい。ここで、エッチングは、ウェットエッチング、RIE、プラズマエッチングなど当該技術において知られている任意の手段を用いて実施することができる。
The
そして、第2バッファ層3および第3バッファ層4の上に、PLD、蒸着法、スパッタ法、CVD、MBEまたはMOBを用いて超伝導体材料を積層することにより、第1配向部分7および第2配向部分6で構成される超伝導体膜を形成する。本実施形態においては、第2配向部分6が電流通電方向8に沿って延在する複数の部分からなる第2バッファ層3の上方に設けられるため、第1配向部分7もまた、電流通電方向8に沿って延在する複数の部分に分割される。したがって、本実施形態の超伝導膜は、第1の実施形態の超伝導膜と同様の形状を有する(図2を参照されたい)。本実施形態においても、第1配向部分7および第2配向部分6の面内配向方位は、前述の面内配向方位差を有することを条件として、任意の方向であってもよい。
Then, by superposing a superconductor material on the
本実施形態においても、電流通電方向8に沿って流れる電流は、第1配向部分7および第2配向部分6のab−面内を流れることが可能であるので、その電流密度を向上させることができる。そして、第1配向部分7と第2配向部分6との界面9が、量子化磁束の移動に対する有効なピン止めセンターとして機能し、臨界電流密度Jcを上昇させることを可能とする。
Also in the present embodiment, the current flowing along the
上記の第1〜第3の実施形態においては、超伝導膜の第2配向部分6が電流通電方向8に連続している例について説明したが、図5に示すように第2配向部分6が不連続であってもよい。この場合には、電流通電方向8において隣接する2つの第2配向部分の間隔が、印加される磁界の磁束密度Bにおける量子化磁束格子定数af以下であることが望ましい。通常の場合には、電流通電方向8において隣接する2つの第2配向部分の間隔は、500nm以下、好ましくは15nm〜300nm、より好ましくは20nm〜200nmであることが望ましい。このような間隔とすることによって、該不連続部分を通して量子化磁束が移動することを防止して、臨界電流密度Jcを向上させることが可能となる。
In the first to third embodiments described above, the example in which the
なお、このような不連続の第2配向部分6を形成するためには、第1の実施形態においては第1バッファ層2を、所望される不連続形状に相当する形状に形成すればよい。また、第2の実施形態においては第2バッファ層3を、所望される不連続形状に相当する形状に形成すればよい。第3の実施形態においては、最初に積層するバッファ層を、所望される不連続形状に相当する形状に形成すればよい。
In order to form such a discontinuous
さらに、上記第1〜第3の実施形態においては、基板1の前面に超伝導膜を形成する例について説明したが、第1配向部分および第2配向部分を有する超伝導膜を基板上の一部分のみに形成して超伝導配線を形成してもよい。さらに、図6に示すように、直角に屈曲した超伝導配線を形成することもできるし、図7に示すように、曲線に屈曲した超伝導配線を形成することもできる。これらの屈曲した配線においても、その超伝導膜が電流通電方向に沿って配列される複数の部分からなる第1および第2配向部分を有するので、臨界電流密度の低下を招くことはない。
Further, in the first to third embodiments, the example in which the superconducting film is formed on the front surface of the
MgO基板1上に,750℃の温度においてCeO2を蒸着させ、膜厚10nmの第1バッファ層2を基板全面に形成した。次にレジストを塗布し、1つの方向に延在する幅100nmの複数の部分からなるパターンを形成した。隣接する2つの部分の間隔は、100nmとした。そして、前述の複数の部分からなるレジストをマスクとしてエッチングを行い、レジストが覆っていない部分の第1バッファ層2を除去した。レジストを除去した後に、700℃の温度において、ErBa2Cu3Oxを蒸着して、膜厚500nmの超伝導膜を形成して、図1に示す超伝導配線を得た。基板1に直接接触して形成された超伝導膜は、基板の格子に沿って蒸着されて第1配向部分7となり、第1バッファ層2の上に位置する超伝導膜は異なる面内配向を有する第2配向部分6となった。第1配向部分7と第2配向部分6との面内配向方位差は45゜であった。
CeO 2 was deposited on the
R面サファイア基板1上に,750℃の温度においてBaSnO3を蒸着させ、膜厚10nmの第2バッファ層3を基板全面に形成した。次にレジストを塗布し、1つの方向に延在する幅100nmの複数の部分からなるパターンを形成した。隣接する2つの部分の間隔は、100nmとした。そして、前述の複数の部分からなるレジストをマスクとしてエッチングを行い、レジストが覆っていない部分の第2バッファ層3を除去した。レジストを除去した後に、750℃の温度においてCeO2を蒸着させ、膜厚10nmの第3バッファ層4を基板1および第2バッファ層3を覆うように形成した。次いで、700℃の温度において、ErBa2Cu3Oxを蒸着して、膜厚500nmの超伝導膜を形成して、図2に示す超伝導配線を得た。基板1/第3バッファ層4の積層構造を有する部分に形成された超伝導膜は第1配向部分7となり、基板1/第2バッファ層3/第3バッファ層4の積層構造を有する部分に形成された超伝導膜は、異なる面内配向を有する第2配向部分6となった。第1配向部分7と第2配向部分6との面内配向方位差は45゜であった。
BaSnO 3 was deposited on the R-
R面サファイア基板1上に,750℃の温度においてCeO2を蒸着させ、膜厚10nmの第3バッファ層4を基板全面に形成した。次にレジストを塗布し、1つの方向に延在する幅100nmの複数の部分からなるパターンを形成した。隣接する2つの部分の間隔は、100nmとした。そして、前述の複数の部分からなるレジストをマスクとしてエッチングを行い、レジストが覆っていない部分の第4バッファ層4を除去した。次に、750℃の温度において膜厚10nmのBaSnO3を蒸着させた。最後に、レジストおよびレジスト上部に形成されたBaSnO3膜を除去して、複数の部分からなる第2バッファ層3を形成した。第2バッファ層3および第3バッファ層4は交互に配列され、それらのそれぞれの部分は100nmの幅を有した。
CeO 2 was deposited on the R-
次に、700℃の温度において、ErBa2Cu3Oxを蒸着して、膜厚500nmの超伝導膜を形成して、図3に示す超伝導配線を得た。基板1/第3バッファ層4の積層構造を有する部分に形成された超伝導膜は第1配向部分7となり、基板1/第2バッファ層3の積層構造を有する部分に形成された超伝導膜は異なる面内配向を有する第2配向部分6となった。第1配向部分7と第2配向部分6との面内配向方位差は45゜であった。
Next, ErBa 2 Cu 3 O x was vapor-deposited at a temperature of 700 ° C. to form a 500 nm-thick superconducting film, and the superconducting wiring shown in FIG. 3 was obtained. The superconducting film formed in the portion having the laminated structure of the
1 基板
2 第1バッファ層
3 第2バッファ層
4 第3バッファ層
6 超伝導膜の第2配向部分
7 超伝導膜の第1配向部分
8 電流通電方向
9 第1配向部分と第2配向部分との界面
DESCRIPTION OF
Claims (10)
基板上に設けられ、LnBa2Cu3Ox(式中、Lnは、Yあるいはランタニド元素の中で左記構造が超伝導体となる元素を表し、6.5<x<7.1である)なる組成を有して電流を流す超伝導膜と
を含み、
前記超伝導膜は、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向を有する第1配向部分と、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向とは異なる第2の面内配向を有する第2配向部分とを有し、
前記第2配向部分は、前記電流の流れる方向に沿って延在する複数の部分から構成され、該複数の部分の側面は前記基板に対して垂直であることを特徴とする超伝導配線。 A substrate,
LnBa 2 Cu 3 O x provided on the substrate (wherein Ln represents an element in which the left structure is a superconductor among Y or lanthanide elements, and 6.5 <x <7.1) A superconducting film that has a composition and allows current to flow,
The superconducting film has a c-axis oriented perpendicular to the substrate surface and a first orientation portion having a first in-plane orientation, a c-axis oriented perpendicular to the substrate surface, and the first A second orientation portion having a second in-plane orientation different from the in-plane orientation of
The superconducting wiring, wherein the second orientation portion is composed of a plurality of portions extending along a direction in which the current flows, and side surfaces of the plurality of portions are perpendicular to the substrate.
前記基板上に設けられた複数の部分からなる第2バッファ層と、
前記基板および前記第2バッファ層を覆って設けられた第3バッファ層と
前記第3バッファ層の上に設けられ、LnBa2Cu3Ox(式中、Lnは、Yあるいはランタニド元素の中で左記構造が超伝導体となる元素を表し、6.5<x<7.1である)なる組成を有して電流を流す超伝導膜と
を含み、
前記超伝導膜は、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向を有する第1配向部分と、前記第2バッファ層の上方に位置し、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向とは異なる第2の面内配向を有する第2配向部分とを有し、
前記第2配向部分は、前記電流の流れる方向に沿って延在する複数の部分から構成され、該複数の部分の側面は前記基板に対して垂直であることを特徴とする超伝導配線。 A substrate,
A second buffer layer comprising a plurality of portions provided on the substrate;
A third buffer layer provided over the substrate and the second buffer layer; and provided on the third buffer layer; and LnBa 2 Cu 3 O x (where Ln is Y or a lanthanide element) A superconducting film having a composition in which the structure on the left represents an element that becomes a superconductor and 6.5 <x <7.1.
The superconducting film has a c-axis oriented perpendicular to the substrate surface and is positioned above the first alignment portion having the first in-plane orientation and the second buffer layer, and the c-axis is located on the substrate surface. And a second orientation portion having a second in-plane orientation different from the first in-plane orientation,
The superconducting wiring, wherein the second orientation portion is composed of a plurality of portions extending along a direction in which the current flows, and side surfaces of the plurality of portions are perpendicular to the substrate.
前記基板を覆って設けられた第4バッファ層と
前記第4バッファ層上に設けられた複数の部分からなる第2バッファ層と、
前記第2バッファ層および第4バッファ層の上に設けられ、LnBa2Cu3Ox(式中、Lnは、Yあるいはランタニド元素の中で左記構造が超伝導体となる元素を表し、6.5<x<7.1である)なる組成を有して電流を流す超伝導膜と
を含み、
前記超伝導膜は、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向を有する第1配向部分と、前記第2バッファ層の上方に位置し、c軸が基板表面に垂直に配向しており、かつ第1の面内配向とは異なる第2の面内配向を有する第2配向部分とを有し、
前記第2配向部分は、前記電流の流れる方向に沿って延在する複数の部分から構成され、該複数の部分の側面は前記基板に対して垂直であることを特徴とする超伝導配線。 A substrate,
A fourth buffer layer provided to cover the substrate; a second buffer layer comprising a plurality of portions provided on the fourth buffer layer;
5. Provided on the second buffer layer and the fourth buffer layer, and LnBa 2 Cu 3 O x (wherein Ln represents an element of which Y or lanthanide element has the left structure as a superconductor; 5 <x <7.1), and a superconducting film that allows current to flow therethrough,
The superconducting film has a c-axis oriented perpendicular to the substrate surface and is positioned above the first alignment portion having the first in-plane orientation and the second buffer layer, and the c-axis is located on the substrate surface. And a second orientation portion having a second in-plane orientation different from the first in-plane orientation,
The superconducting wiring, wherein the second orientation portion is composed of a plurality of portions extending along a direction in which the current flows, and side surfaces of the plurality of portions are perpendicular to the substrate.
9. The substrate is selected from the group consisting of MgO; R-plane sapphire; A-plane sapphire; and another substrate in which an MgO layer, R-plane sapphire layer, or A-plane sapphire layer is laminated. Superconducting wiring as described in 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003308021A JP4523249B2 (en) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | In-plane rotating high critical current superconducting wiring of crystal axis |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003308021A JP4523249B2 (en) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | In-plane rotating high critical current superconducting wiring of crystal axis |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005079351A JP2005079351A (en) | 2005-03-24 |
JP4523249B2 true JP4523249B2 (en) | 2010-08-11 |
Family
ID=34410609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003308021A Expired - Fee Related JP4523249B2 (en) | 2003-08-29 | 2003-08-29 | In-plane rotating high critical current superconducting wiring of crystal axis |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4523249B2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7365271B2 (en) * | 2003-12-31 | 2008-04-29 | Superpower, Inc. | Superconducting articles, and methods for forming and using same |
JP5017161B2 (en) * | 2008-03-27 | 2012-09-05 | 株式会社東芝 | Oxide superconductor |
US20090298697A1 (en) * | 2008-05-28 | 2009-12-03 | Superpower, Inc. | Multifilamentary superconducting articles and methods of forming thereof |
JP5622778B2 (en) * | 2012-03-23 | 2014-11-12 | 株式会社東芝 | Oxide superconductor and oriented oxide thin film |
JP5763251B2 (en) * | 2014-08-12 | 2015-08-12 | 株式会社東芝 | Manufacturing method of oxide superconductor |
JP6201080B1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-09-20 | 株式会社フジクラ | Oxide superconducting wire |
JP2018041715A (en) * | 2016-08-31 | 2018-03-15 | 株式会社東芝 | Superconducting coil and superconducting device |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04154604A (en) * | 1990-10-15 | 1992-05-27 | Fujikura Ltd | Oxide superconductor and method and device for preparing the same |
JPH0513831A (en) * | 1991-07-08 | 1993-01-22 | Toshiba Corp | Superconducting element |
-
2003
- 2003-08-29 JP JP2003308021A patent/JP4523249B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04154604A (en) * | 1990-10-15 | 1992-05-27 | Fujikura Ltd | Oxide superconductor and method and device for preparing the same |
JPH0513831A (en) * | 1991-07-08 | 1993-01-22 | Toshiba Corp | Superconducting element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005079351A (en) | 2005-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jha et al. | Superconductive RE BCO thin films and their nanocomposites: The role of rare-Earth oxides in promoting sustainable energy | |
JP4495426B2 (en) | Superconducting film and manufacturing method thereof | |
JP2907832B2 (en) | Superconducting device and manufacturing method thereof | |
US5831278A (en) | Three-terminal devices with wide Josephson junctions and asymmetric control lines | |
US5206213A (en) | Method of preparing oriented, polycrystalline superconducting ceramic oxides | |
JP3278638B2 (en) | High-temperature superconducting Josephson junction and method of manufacturing the same | |
JPH05160449A (en) | Josephson junction structure | |
JP4523249B2 (en) | In-plane rotating high critical current superconducting wiring of crystal axis | |
US7902119B2 (en) | Porous ceramic high temperature superconductors and method of making same | |
Hühne et al. | Preparation of buffer layer architectures for YBa2Cu3O7− x coated conductors based on surface oxidized Ni tapes | |
Katsuno et al. | Characteristics of interface-engineered Josephson junctions using a YbBa 2 Cu 3 O y counterelectrode layer | |
US10158061B2 (en) | Integrated superconductor device and method of fabrication | |
US5229360A (en) | Method for forming a multilayer superconducting circuit | |
JP2523647B2 (en) | Metal oxide superconducting thin film | |
US20080146449A1 (en) | Electrical device and method of manufacturing same | |
JP4559720B2 (en) | Oxide superconducting thin film and manufacturing method thereof | |
EP0422641B1 (en) | Superconductor device | |
JP4571789B2 (en) | High critical current superconducting element | |
Maruyama et al. | Study on fabrication conditions of the interface-treated trilayer junctions | |
JP5054463B2 (en) | Josephson junction element, formation method thereof, and superconducting junction circuit | |
JP2931779B2 (en) | Superconducting element | |
WO2006025252A1 (en) | Superconductive thin film, process for production thereof, superconductive wire rod utilizing the same and superconducting device | |
JP2708675B2 (en) | Method of manufacturing superconducting thin film interlayer wiring | |
JPH06196762A (en) | Oxide superconductor junction and formation thereof | |
JPH04284632A (en) | Formation of superconductor line |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031003 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031217 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040303 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040303 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040609 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060720 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070830 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100521 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100527 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130604 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |