JP6861633B2 - 酸化物超電導線材 - Google Patents
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Description
この発明は、酸化物超電導線材に関する。
本出願は、２０１５年１０月１５日出願の日本出願第２０１５−２０３７４５号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
本出願は、２０１５年１０月１５日出願の日本出願第２０１５−２０３７４５号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
特開２０１２−２４８４６９号公報（特許文献１）には、配向金属基板と、配向金属基板上に形成された中間層と、中間層上に形成された酸化物超電導層とを備えた酸化物超電導線材が記載されている。
本開示の酸化物超電導線材は、配向金属基板と、配向金属基板上に形成された中間層と、中間層上に形成された酸化物超電導層とを備える。配向金属基板の面内配向性（Δφ）は７°以下である。中間層は単一の層から構成される。
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献１に記載の酸化物超電導線材によれば、配向金属基板と酸化物超電導層との間に中間層を介在させることにより、酸化物超電導層の配向性の向上が可能となる。ここで、配向性とは結晶粒の結晶方位が揃っている程度をいう。また、基板と酸化物超電導層との間の元素の拡散および反応を抑制することができる。その結果、高い臨界電流密度（Ｊｃ）および高い臨界電流（Ｉｃ）などの優れた特性を得ることができる。
特許文献１に記載の酸化物超電導線材によれば、配向金属基板と酸化物超電導層との間に中間層を介在させることにより、酸化物超電導層の配向性の向上が可能となる。ここで、配向性とは結晶粒の結晶方位が揃っている程度をいう。また、基板と酸化物超電導層との間の元素の拡散および反応を抑制することができる。その結果、高い臨界電流密度（Ｊｃ）および高い臨界電流（Ｉｃ）などの優れた特性を得ることができる。
しかしながら、特許文献１に記載の酸化物超電導線材においては、配向性の良い中間層を得るために、配向金属基板上に複数の層を積層して中間層を形成している。このような中間層としては、たとえば、ＣｅＯ２（セリア）／ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）／Ｙ２Ｏ３（イットリア）からなる３層構造が多く採用されている。そのため、配向金属基板上に中間層を形成する工程において、上記複数の層に対応して複数の成膜プロセスが必要となり、製造コストが嵩むという課題があった。
そこで、本開示は、優れた超電導特性を保ちつつ、製造コストが低減された酸化物超電導線材を提供することを目的とする。
[本開示の効果]
本開示によれば、優れた超電導特性を保ちつつ、製造コストが低減された酸化物超電導線材を実現することができる。
本開示によれば、優れた超電導特性を保ちつつ、製造コストが低減された酸化物超電導線材を実現することができる。
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
（１）本発明の一態様に係る酸化物超電導線材１（図１参照）は、配向金属基板１０と、配向金属基板１０上に形成された中間層２０と、中間層２０上に形成された酸化物超電導層３０とを備える。配向金属基板１０の面内配向性（Δφ）は７°以下である。中間層２０は単一の層から構成される。なお、本明細書において、配向金属基板１０の面内配向性は、Ｘ線回折法（ＸＲＤ：X-ray Diffraction）によって、配向金属基板１０の（１１１）面のφスキャンより得られるピークの半波高全幅値（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）から求めることができる。
上記（１）に係る酸化物超電導線材１によれば、配向金属基板１０が良好な配向性を有しているため、配向金属基板１０上に形成される中間層２０の配向性を良好なものにすることができる。これにより、単層の中間層２０であっても良好な配向性を得ることができる。その結果、中間層２０上に形成される酸化物超電導層３０の配向性も良好となるため、優れた超電導特性を得ることができる。
また、酸化物超電導線材１によれば、単層の中間層２０を配向性良く形成できることで、従来の酸化物超電導線材に比べて中間層２０の厚みを薄くすることができる。これにより、製造コストを低減することができる。この結果、優れた超電導特性を保ちつつ、製造コストが低減された酸化物超電導線材を実現することができる。
なお、配向金属基板１０の面内配向性Δφはより好ましくは６°以下とすることができる。
（２）上記（１）に係る酸化物超電導線材１において好ましくは、配向金属基板１０はクラッド基板である。このような配向金属基板としては、たとえば、ＮｉＷ／ＳＵＳという積層構造のクラッド基板、あるいは、Ｎｉ／Ｃｕ／ＳＵＳという積層構造のクラッド基板を用いることができる。このようにすれば、配向金属基板としてＮｉ−Ｗ合金基板を用いた酸化物超電導線材に比べて、同一の中間層の厚みのもとで、超電導特性（Ｉｃ）を向上させることができる。
（３）上記（１）に係る酸化物超電導線材１において好ましくは、中間層２０の厚みは１０ｎｍ以上である。このようにすれば、単層の中間層２０を配向性良く形成できる。より好ましくは中間層２０の厚みは２００ｎｍ以下である。このようにすれば、酸化物超電導層３０の配向性を良好とするとともに、製造コストを低減することができる。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の酸化物超電導線材１において好ましくは、中間層２０の面内配向性Δφは８°以下である。このようにすれば、単層の中間層２０が良好な配向性を有しているため、中間層２０上に形成される酸化物超電導層３０の配向性を良好なものにすることができる。
なお、中間層２０の面内配向性は、配向金属基板１０の面内配向性と同等以上であることが好ましい。面内配向性が同等以上とは、中間層２０のΔφが配向金属基板１０のΔφと同等もしくはより小さいことを意味している。中間層２０のΔφと配向金属基板１０のΔφとの差を、配向金属基板１０のΔφで除した値を百分率表記した値は１５％以下であることが好ましい。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の酸化物超電導線材１（図８参照）において好ましくは、配向金属基板１０は、中間層２０と接する最上部に酸化物層１１を含んでいてもよい。
[本発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
（酸化物超電導線材の構成）
図１は、実施形態に係る酸化物超電導線材の構成を示す概略断面図である。図１は、実施形態に係る酸化物超電導線材１が延在する方向に交差する方向に切断した断面を示している。このため、紙面に交差する方向が酸化物超電導線材１の長手方向であり、酸化物超電導層３０の超電導電流が断面に交差する方向に沿って流れるものとする。また、図１および以降の断面模式図においては、図を見やすくするために矩形状の断面における上下方向（以下、「厚み方向」とも称する）と左右方向（以下、「幅方向」とも称する）との長さの差を小さくしているが、実際は当該断面の厚み方向の長さは幅方向の長さに比べて十分に小さい。
図１は、実施形態に係る酸化物超電導線材の構成を示す概略断面図である。図１は、実施形態に係る酸化物超電導線材１が延在する方向に交差する方向に切断した断面を示している。このため、紙面に交差する方向が酸化物超電導線材１の長手方向であり、酸化物超電導層３０の超電導電流が断面に交差する方向に沿って流れるものとする。また、図１および以降の断面模式図においては、図を見やすくするために矩形状の断面における上下方向（以下、「厚み方向」とも称する）と左右方向（以下、「幅方向」とも称する）との長さの差を小さくしているが、実際は当該断面の厚み方向の長さは幅方向の長さに比べて十分に小さい。
図１を参照して、実施形態に係る酸化物超電導線材１は、断面が矩形をなす長尺形状（テープ状）であり、ここでは長尺形状の長手方向に延在する相対的に大きな表面を主面とする。酸化物超電導線材１は、基板の表面が配向結晶化された配向金属基板１０と、中間層２０と、酸化物超電導層３０と、保護層４０と、安定化層５０とを備える。
配向金属基板１０とは、基板表面の面内の２軸方向について結晶方位が揃っている基板を意味する。配向金属基板１０としては、たとえばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、および金（Ａｕ）のうちの２以上の金属からなる合金が好適に用いられる。これらの金属を他の金属または合金と積層することもできる。
たとえば、配向金属基板１０は、基板の表面に配向金属層を貼り合せることによって形成されてもよい。基板は、無配向、かつ非磁性であり、配向金属層より高い強度を有している。基板には、たとえばＳＵＳ（ステンレス鋼）、Ｎｉ系合金などが用いられる。配向金属層の材料として、Ｎｉ、ＮｉＷ（ニッケルタングステン）およびＣｕ（銅）を例示することができるが、これらの材料に限定されない。なお、配向金属層の材料としてＣｕを用いる場合には、配向金属基板を得た後の工程において、配向金属層を構成するＣｕが酸化されることを防ぐために、めっき法などの方法によって、配向金属層の表面にＮｉ等からなる被覆層を形成してもよい。
このような配向金属基板１０として、たとえば、ＮｉＷ／ＳＵＳという積層構造のクラッド基板、あるいは、Ｎｉ／Ｃｕ／ＳＵＳという積層構造のクラッド基板を用いることができる。これによれば、配向金属基板の強度を配向金属層単体の場合よりも向上させることができる。また、基板と配向金属層とを貼り合わせているため、良好な配向性を得ることができる。この結果、良好な配向性と高い強度とを備えた配向金属基板１０を得ることができる。配向金属基板１０の面内配向性Δφは７°以下であることが好ましい。
中間層２０は配向金属基板１０上に形成される。中間層２０は、単一の層から構成される。中間層２０を構成する材料は、岩塩型、蛍石型、ペロブスカイト型、およびパイロクロア型のいずれかの結晶構造を有する酸化物であることが好ましい。このような結晶構造を有する酸化物として、ＣｅＯ２（セリア）、Ｈｏ２Ｏ３（酸化ホルミニウム）、Ｙｂ２Ｏ３（酸化イッテルビウム）などの希土類元素酸化物、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）などの酸化物、ＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）、ＢａＺｒＯ３（バリウムジルコネート）、ＬａＭｎＯ３などのＡＢＯ３ペロブスカイト型化合物（ＡはＣａ、Ｂａ、Ｓｒおよびランタノイド元素の中から選ばれる１種以上の元素、ＢはＴｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、ＭｏおよびＧｄの中から選ばれる１種以上の元素、Ｏは酸素）が挙げられる。特に、Ｙ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＭｎＯ３などが結晶定数および結晶配向の観点から好適に用いられる。
これらの材料は、酸化物超電導層３０との反応性が極めて低く、酸化物超電導層３０と接触している境界面においても酸化物超電導層３０の超電導特性を低下させない。また、酸化物超電導層３０を高温で形成する際に、配向金属基板１０から酸化物超電導層３０への元素の拡散を防止する役割を果たすことができる。なお、中間層２０を構成する材料は特にこれに限定されない。中間層２０は良好な配向性を有していることが好ましい。たとえば、中間層２０の面内配向性Δφは８°以下であることが好ましい。
酸化物超電導層３０は中間層２０上に形成される。酸化物超電導層３０の材料としては、たとえばＲＥ１２３系の酸化物超電導体とすることが好ましい。ＲＥ１２３系の酸化物超電導体とは、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙの組成式で表される超電導体を意味する。上記組成式において、ＲＥは、Ｙ（イットリウム）、Ｇｄ（ガドリウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）およびＬｕ（ルテチウム）などの希土類元素のうちの１種または２種以上を表す。ｙは６〜８、より好ましくは６．８〜７である。Ｉｃを向上させるためには、酸化物超電導層３０の厚みは１〜５μｍであることが好ましい。
保護層４０は、酸化物超電導層３０を保護するために、酸化物超電導層３０上に形成される。保護層４０は、たとえばＡｇまたはＡｇ合金からなる。また、保護層４０は、上記Ａｇ保護層に限られず、たとえばＡｇ保護層に代えて、ＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ保護層を用いてもよい。
以上に述べた配向金属基板１０、中間層２０、酸化物超電導層３０および保護層４０により積層体が形成される。そして、この積層体の周囲を覆うように安定化層５０が形成されている。本実施形態では、積層体の外周を覆うように、すなわち、積層体の外側の最表面のほぼ全面を覆うように、安定化層５０が形成されている。ただし、本発明における「積層体の周囲」とは、全周に限定されるものではなく、積層体の上主面だけでもよい。
安定化層５０は、良導電性の金属材料の箔またはめっき層などからなる。安定化層５０を構成する材料は、ＣｕまたはＣｕ合金とすることが好ましい。安定化層５０は、保護層４０とともに、酸化物超電導層３０が超電導状態から常伝導状態に遷移する際に酸化物超電導層３０の電流が転流するバイパスとして機能する。
図１に示されるように、本実施形態に係る酸化物超電導線材１では、配向金属基板１０と酸化物超電導層３０との間に介在する中間層２０が、単一の層で構成されている。
従来、中間層を複数の層で構成した酸化物超電導線材が多く採用されている。図２は、従来の酸化物超電導線材の構成例を示す概略断面図である。図２の例では、酸化物超電導線材は３層構造の中間層１２０を有している。具体的には、中間層１２０は、ＣｅＯ２層１２１と、ＣｅＯ２層１２１上に形成されたＹＳＺ層１２２と、ＹＳＺ層１２２上に形成されたＣｅＯ２層１２３とを含む。ＣｅＯ２層１２１は、配向金属基板１１０上に２軸配向したセラミック層を形成するためのシード層である。ＹＳＺ層１２２は、配向金属基板１１０からの元素が酸化物超電導層１３０に拡散することを防ぐための拡散防止層である。ＣｅＯ２層１２３は、ｃ軸配向した酸化物超電導層１３０を成長させるための中間層１２０と酸化物超電導層１３０との格子整合層である。
図２に示す酸化物超電導線材では、配向金属基板１１０と酸化物超電導層１３０との間に複数の層からなる中間層１２０を介在させることで、良好な配向性を確保している。しかしながら、その一方で、中間層１２０を形成する工程において、配向金属基板１１０上にＣｅＯ２層１２１、ＹＳＺ層１２２およびＣｅＯ２層１２３を順次形成するように、ＣｅＯ２層形成工程、ＹＳＺ層形成工程およびＣｅＯ２層形成工程を順次実施する必要があるため、製造コストが嵩むものとなっていた。
本発明者らは、製造コストを低減する観点から、中間層の薄膜化を検討した。その結果、配向金属基板の配向性が中間層の配向性に影響を与えていること、そして、配向金属基板の配向性を向上させることで、単層の中間層でも良好な配向性を有する中間層を形成することができること、および、配向金属基板からの元素が酸化物超電導層に拡散することを防止できることを確認した。
本実施形態に係る酸化物超電導線材１は、上記の知見に基づくものであって、良好な配向性を有する配向金属基板１０上に、単層の中間層２０を配向性良く形成できることによって、図２に示す従来の酸化物超電導線材に比べて中間層２０の厚みを薄くすることができる。これにより、優れた超電導特性を保ちつつ、製造コストを低減することができる。
本実施形態において、配向金属基板１０の面内配向性Δφは７°以下であることが好ましい。配向金属基板１０の面内配向性Δφはより好ましくは６°以下とすることができる。なお、本明細書では、配向金属基板１０の面内配向性は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）による特定面の回折方位測定により評価することができる。
ＸＲＤ測定において、Ｘ線発生装置としては、たとえばリガク社製のＲＩＮＴを用いることができる。Ｘ線源としてはＣｕのＫα線を用いる。出力を４０ｋＶ、４０ｍＡとしてＸ線を発生させる。
配向金属基板１０の面内配向性Δφは、配向金属基板１０の主面の（１１１）面のφスキャンのＦＷＨＭから求めることができる。配向金属基板１０の主面の（１１１）面のφスキャンのＦＷＨＭは、配向金属基板１０の（１１１）面の傾きがα＝３５°であるときに得られるＸ線回折ピークのＦＷＨＭ（φスキャンのＦＷＨＭ）に相当する。α＝３５°であるときに観察される４つのφスキャンピークのＦＷＨＭの平均値を面内配向性Δφとする。Δφの値が小さいほど面内での配向性が良好であることを示す。
なお、配向金属基板１０、中間層２０、酸化物超電導層３０および保護層４０からなる積層体が形成された後に配向金属基板１０の面内配向性を測定する場合には、保護層４０および酸化物超電導層３０を剥離することにより、配向金属基板１０の表面の配向度を測定することができる。保護層４０の剥離は、たとえば、過酸化水素水およびアンモニア水の混合溶液により、保護層４０をエッチングすることで行なうことができる。酸化物超電導層３０の剥離は、たとえば、硝酸により、酸化物超電導層３０をエッチングすることにより行なうことができる。中間層２０は厚みが薄く、Ｘ線を透過するため、中間層２０の剥離を行なわなくても配向金属基板１０の配向度の測定に影響しない。
配向金属基板１０の面内配向性Δφが７°以下であれば、単層の中間層２０の厚みを薄くしても、配向金属基板１０と酸化物超電導層３０との格子整合性を緩和することができるとともに、配向金属基板１０と酸化物超電導層３０との間で元素（たとえばＮｉ）が拡散することを防ぐことができる。この結果、単層の薄膜からなる中間層２０上に、酸化物超電導層３０を配向性良く形成することができるため、酸化物超電導線材１の超電導特性が良好となる。
これに対して、配向金属基板１０の面内配向性Δφが７°よりも大きい場合には、酸化物超電導層３０を高温で形成する際に、中間層２０により、配向金属基板１０からの元素（たとえばＮｉ）が酸化物超電導層３０へ拡散することを防ぐことが困難となる。その結果、酸化物超電導層３０の結晶性（配向性および表面平滑性）が劣化したり、超電導転移温度（Ｔｃ）が低下する場合がある。このような酸化物超電導層３０の結晶性の劣化およびＴｃの低下は、酸化物超電導線材１の超電導特性の劣化（たとえばＩｃの低下）に繋がる。
配向金属基板１０と酸化物超電導層３０との間で元素が拡散することを防ぐためには、単層の中間層２０の厚みを大きくせざるを得ず、製造コストの低減の効果が発揮できなくなる可能性がある。
本実施形態において、単層の中間層２０の厚みは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。中間層２０の厚みが１０ｎｍ以上であれば、中間層２０は拡散防止層および格子整合層としての機能を発揮し得る。一方、中間層２０の厚みが２００ｎｍを超えると、製造コストの低減の効果が減少する。すなわち、中間層２０の厚みが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば、酸化物超電導層３０の結晶性（配向性および表面平滑性など）を良好とするとともに、製造コストを低減することができる。
さらに、本実施形態では、中間層２０の面内配向性Δφは、配向金属基板１０の面内配向性Δφと同等以上であることが好ましい。中間層２０のΔφと配向金属基板１０のΔφとの差を、配向金属基板１０のΔφで除した値を百分率した値は１５％以下であることが好ましい。
ただし、中間層２０の面内配向性Δφは８°以下であることが好ましい。中間層２０の面内配向性Δφが８°を超える場合、中間層２０上に形成される酸化物超電導層３０において良好な配向性を得るためには、中間層２０の厚みが２００ｎｍよりも大きくなってしまうためである。
（酸化物超電導線材の製造方法）
次に、図３〜図７を参照して、実施形態に係る酸化物超電導線材の製造方法を説明する。図３は、実施形態に係る酸化物超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
次に、図３〜図７を参照して、実施形態に係る酸化物超電導線材の製造方法を説明する。図３は、実施形態に係る酸化物超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
図３を参照して、まず基板準備工程（Ｓ１０）が実施される。具体的には、図４を参照して、配向金属基板１０が準備される。配向金属基板１０が、ＳＵＳなどの無配向および非磁性の金属を基板としたクラッド基板である場合、基板と配向金属層との貼り合せは、たとえば圧延などの方法により行なわれる。
次に、配向金属基板１０上に中間層２０を形成する中間層形成工程（図３のＳ２０）が実施される。具体的には、図５を参照して、配向金属基板１０の主面上に中間層２０が成膜される。中間層２０の成膜方法としては、たとえばスパッタリング法などの気相法を用いることができるが、有機金属塗布熱分解（ＭＯＤ：Metal Organic Decomposition）法を用いてもよい。
次に、中間層２０上に酸化物超電導層３０を形成する超電導層形成工程（図３のＳ３０）が実施される。具体的には、図６を参照して、中間層２０の配向金属基板１０と対向する主面と反対側の主面（図６における上側の主面）上に、ＲＥ１２３系の酸化物超電導体からなる酸化物超電導層３０を形成する。酸化物超電導層３０の成膜方法としては、任意の成膜方法を用いることができるが、たとえば気相法および液相法、またはそれらの組み合わせにより形成する。気相法としては、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ：Pulsed Laser Deposition）法、スパッタリング法、および電子ビーム蒸着法などが挙げられる。液相法としては、ＭＯＤ法などが挙げられる。レーザ蒸着法、スパッタリング法、電子ビーム法、およびＭＯＤ法の少なくとも１つにより行なわれると、配向性および表面平滑性に優れた表面を有する酸化物超電導層３０を形成することができる。
次に、酸化物超電導層３０上に保護層４０を形成する保護層形成工程（図３のＳ４０）が実施される。具体的には、図７を参照して、酸化物超電導層３０の中間層２０と対向する主面と反対側の主面（図７における上側の主面）上に、ＡｇまたはＡｇ合金からなる保護層４０を、たとえばスパッタなどの物理蒸着法や電気めっき法などにより形成する。保護層４０を形成することで、酸化物超電導層３０の表面を保護することができる。その後、酸素雰囲気下で加熱処理する酸素アニールを行ない（酸素導入工程）、酸化物超電導層３０に酸素を導入する。以上の工程が実施されることにより、配向金属基板１０上に中間層２０、酸化物超電導層３０および保護層４０をこの順に積層してなる積層体が形成される。
次に、上記積層体の周囲に安定化層５０を形成する安定化層形成工程（図３のＳ５０）が実施される。具体的には、積層体の外周を覆うように、すなわち、積層体の外側の最表面のほぼ全面を覆うように、ＣｕまたはＣｕ合金からなる安定化層５０を、公知のめっき法により形成する。安定化層５０を形成する方法としては、めっき法以外に、銅箔を貼り合せる方法がある。以上の工程が実施されることにより、図１に示す酸化物超電導線材１が製造される。
図８を参照して、図１に示した酸化物超電導線材１の変形例を説明する。図８に示した酸化物超電導線材１は、基本的には図１に示した酸化物超電導線材１と同様の構成を備えるが、配向金属基板１０の構成が図１に示した酸化物超電導線材１とは異なっている。図８に示した酸化物超電導線材１では、配向金属基板１０は、中間層２０と接する最上部に酸化物層１１を含んでいる。配向金属基板１０の表層がＮｉ層である場合、酸化物層１１はＮｉＯ（酸化ニッケル）層である。酸化物層１１の厚みは１０〜２００ｎｍ程度である。酸化物層１１は、中間層２０の形成時に生成される他、超電導層形成工程（図３のＳ３０）における酸素雰囲気での熱処理によっても生成され得る。
図８に示した酸化物超電導線材１においても、配向金属基板１０上に単層の薄膜からなる中間層２０および酸化物超電導層３０を配向性良く形成することができる。その結果、図１に示した酸化物超電導線材１と同様の効果を得ることができる。
次に、実施例に基づいて、本発明を具体的に説明する。
（試料）
酸化物超電導線材に対する、配向金属基板１０の配向性の影響を調査するべく、以下のような試料を準備した。すなわち、面内配向性Δφが５〜８°である配向金属基板上に厚みが５〜３００ｎｍである単層の中間層が形成され、当該中間層上に酸化物超電導層が形成された試料（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３）を準備した。
（試料）
酸化物超電導線材に対する、配向金属基板１０の配向性の影響を調査するべく、以下のような試料を準備した。すなわち、面内配向性Δφが５〜８°である配向金属基板上に厚みが５〜３００ｎｍである単層の中間層が形成され、当該中間層上に酸化物超電導層が形成された試料（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３）を準備した。
配向金属基板としては、Ｎｉ／Ｃｕ／ＳＵＳの積層構造を有するクラッド基板（試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１）と、Ｎｉ−Ｗ合金基板（試料Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３）とを用いた。試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１のクラッド基板において、Ｎｉ層の厚みは２μｍ、Ｃｕ層の厚みは２０μｍである。試料Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３のＮｉ−Ｗ合金基板において、Ｗの組成比は５ａｔ％（原子濃度）である。
試料ごとに、配向金属基板について、Ｘ線回折分析（φスキャン）を行なうことにより、面内配向性Δφを測定した。中間層としては、スパッタリング法を用いて当該配向金属基板上に厚みが５〜３００ｎｍのＹ２Ｏ３層を形成した。さらに、酸化物超電導層としては、当該中間層上にＰＬＤ法を用いて厚みが２５００ｎｍのＧｄＢＣＯ層を形成した。
（評価）
上記試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３のそれぞれについて、超電導特性（Ｉｃ）を、液体窒素温度（７７．３Ｋ）、自己磁場下において測定した。また、超電導転移温度ＴｃをＴＨＥＶＡ社製ＣｒｙｏＳｃａｎ装置を用いて誘導法により測定した。結果を表１に示す。
上記試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３のそれぞれについて、超電導特性（Ｉｃ）を、液体窒素温度（７７．３Ｋ）、自己磁場下において測定した。また、超電導転移温度ＴｃをＴＨＥＶＡ社製ＣｒｙｏＳｃａｎ装置を用いて誘導法により測定した。結果を表１に示す。
表１に示すように、試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３のうち、試料Ｎｏ．３およびＮｏ．６を除いて、配向金属基板のΔφは７°より小さい。このうち、試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１１は、配向金属基板のΔφが６°より小さい。
最初に、中間層の膜厚が等しい試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３、Ｎｏ．７を比較する。配向金属基板のΔφが７°より大きい試料Ｎｏ．３では、Ｉｃの低下が見られる。一方、配向金属基板のΔφが７°より小さい試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２では、Ｉｃ、Ｔｃが高く、好ましいことが分かる。ただし、配向金属基板のΔφが７°以下であっても中間層のΔφが８°より高い試料Ｎｏ．７では、Ｔｃが高いがＩｃがやや低い値であった。
次に、配向金属基板のΔφがともに７°より大きく、中間層の膜厚が異なる試料Ｎｏ．３およびＮｏ．６を比較すると、中間層の膜厚が厚い試料Ｎｏ．６は、中間層の膜厚が薄い試料Ｎｏ．３よりも高いＩｃが得られている。これによると、配向金属基板のΔφ７°より大きい場合、高いＩｃを得るためには、中間層の膜厚を厚くしなければならないことが分かる。
その一方で、配向金属基板のΔφが７°より小さく、かつ、中間層の膜厚を薄くした試料Ｎｏ．４、Ｎｏ．５、Ｎｏ．１２を比較すると、膜厚が５ｎｍではＴｃの低下によりＩｃが低下したが（試料Ｎｏ．４）、膜厚を１０ｎｍとすると高いＩｃ、Ｔｃが得られた（試料Ｎｏ．５、Ｎｏ．１２）。
さらに、配向金属基板のΔφが７°より小さい試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．５、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１３を比較すると、配向金属基板のΔφが６°より小さい試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１１では、Ｉｃが高く、より好ましいことが分かる。また、この配向金属基板のΔφが６°より小さい試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１１を比較すると、中間層の膜厚を１０００ｎｍから１５０ｎｍまでに薄くしても、高いＩｃが維持されていることが分かる。
最後に、配向金属基板のΔφが７°より小さく、かつ、中間層の膜厚が等しい試料Ｎｏ．５およびＮｏ．１２を比較すると、配向金属基板がクラッド基板である試料Ｎｏ．５では、配向金属基板がＮｉ−Ｗ合金基板である試料Ｎｏ．１２よりもＩｃが高く、より好ましいことが分かる。試料Ｎｏ．８およびＮｏ．１３の比較においても同様のことがいえる。よって、Ｉｃの向上にはクラッド基板がより好ましいといえる。
このように、配向金属基板の面内配向性Δφが７°以下であれば、単層の薄膜からなる中間層によっても、良好な配向性を有する酸化物超電導層を形成することができる。より好ましくは、中間層の膜厚を１０ｎｍ以上とし、中間層の面内配向性Δφを８°以下とすればよい。より好ましくは、配向金属基板のΔφが６°以下であればよい。より好ましくは、配向金属基板としてクラッド基板を用いればよい。これにより、優れた超電導特性を保ちつつ、製造コストが低減された酸化物超電導線材を得ることが可能となる。この結果、量産性向上の効果を発揮し得る。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 酸化物超電導線材、１０，１１０ 配向金属基板、１１ 酸化物層、２０，１２０ 中間層、３０，１３０ 酸化物超電導層、４０ 保護層、５０ 安定化層、１２１，１２３ ＣｅＯ２層、１２２ ＹＳＺ層。
Claims (5)
- 配向金属基板と、
前記配向金属基板上に形成された中間層と、
前記中間層上に形成された酸化物超電導層とを備え、
前記配向金属基板の面内配向性（Δφ）は６°未満であり、かつ、
前記中間層は単一の層から構成され、
前記中間層の面内配向性と前記配向金属基板の面内配向性との差を、前記配向金属基板の面内配向性で除した値を百分率表記した値は１５％以下である、酸化物超電導線材。 - 前記配向金属基板は、クラッド基板である、請求項１に記載の酸化物超電導線材。
- 前記中間層の厚みは１０ｎｍ以上である、請求項１または請求項２に記載の酸化物超電導線材。
- 前記中間層の面内配向性は８°以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材。
- 前記配向金属基板は、前記中間層と接する最上部に酸化物層を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材。
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