JPH02258692A - 酸化物超伝導体の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、極細線状の超伝導体の作製方法に関し、基板
上に形成した幅数十μｍ、もしくはそれ以下の細い溝に
そって超伝導体を結晶化させることによって極めて結晶
性の良い超伝導体極細線を形成することを目的とする。

このような極細線は、超伝導磁石や電力貯蔵、超伝導送
電等の大電力用だけでなく、超伝導エレクトロニクスに
も応用できる。

〔従来の技術・問題点〕

近年、液体窒素温度以上で超伝導を示す高温超伝導体が
酸化物において発見された。この高温超伝導体が実用化
されれば、従来、超伝導体の冷却用に用いられていた高
価な液体ヘリウムを使用する必要がないため、世界的に
これを実用化するための研究がなされている。

しかしながら、実用化のためには解決すべき多くの問題
点がある。

問題点の１つは、酸化物特有の粒界が存在することによ
って、臨界電流密度の低下、さらに超伝導エレクトロニ
クスの分野においては不要な磁束のビン止めによるノイ
ズの発生などがある。従って、この粒界の影響が十分小
さくなるようにするか、または粒界自体を減らす、或い
は単結晶の材料を開発して粒界を完全になくすことが必
要とされる。

２つめの問題点は、硬くて脆い酸化物を線材化する問題
である。

これら２つの問題をどちらか１つだけ解決する方法は現
在までに見出されているが、２つを同時に解決すること
はほとんど不可能と考えられてきた。

〔発明の構成〕

上記問題点を解決するため本発明は、物理的、或いは化
学的に基板上に形成された溝にそって超伝導体を結晶成
長させることによって、幅数十μｍもしくはそれ以下の
極細線状の多結晶或いは単結晶の超伝導体を形成するこ
とを特徴とする。

本発明において、物理的、或いは化学的に溝を形成する
とは、レーザー光照射、プラズマ中におけるドライエツ
チング、或いはマスクを用いて溝の形状に基板を溶かす
ウェットエツチングなどの方法があるが、レーザー光を
用いた場合マスク等の必要性がないので最も短い工程で
溝を作製することができる。

そして、溝にそって超伝導体を結晶成長させる方法とし
ては、超伝導体の融液を溝に流しこむ方法や、超伝導体
の微粉末などを溝の近辺に配置しておき、加熱して超伝
導体を溶かしたのちに冷却する方法などがある。

そして、本発明に用いられる溝の幅が細いために、溝の
部分のみに超伝導体の結晶を成長させることが困難な場
合には、溝の中だけでなく基板全面に結晶を成長させた
後、エツチングをする方法がある。この時には、溝の中
の部分に成長した超伝導体の結晶性が、溝の外に成長し
た超伝導体に比較して結晶性が高いので、溝の外に成長
した超伝導体は溝の中の部分に成長した超伝導体と比較
してエツチングされやすい性質があるため、マスクを用
いることなく、エツチング工程を行うことができる。

また、溝の部分のみに超伝導体を結晶成長させる方法と
して、基板上の超伝導体が加熱されて液体の状態の時に
、基板を斜めに傾けることによって溝の部分以外に存在
する超伝導体の溶融物質を基板の外に流してしまうこと
もできる。

本発明人は鋭意研究の結果、狭い溝の中に成長した酸化
物超伝導体が、長さ数百μｍにわたって単結晶となって
いたのを発見した。これは狭い部分に成長した場合だけ
に見られることであって、同じ条件で結晶成長を試みて
も、溝でない部分では、せいぜい５０μ鴎程度の結晶し
か得られなかった。すなわち溝の中に成長した超伝導体
は、その他の部分に成長した超伝導体と比較して、結晶
性が非常に良いといえる。

この発見によって、上記２つの問題点はほとんど解決さ
れる。すなわち、単結晶に近い材料を得るということは
、上述の通りであり、線材化の問題に関しても、溝をあ
らかじめ必要な形状に形成しておいて、それにそって、
超伝導体を成長させれば、超伝導線材が得られるもので
ある。

以下に実施例を示し、さらに詳細に本発明を説明する。

〔実施例〕

（１）溝の形成方法 溝はル−ザーによる物理的なエツチングによって形成し
た。そのプロセスを第１図に示す。まず、基板である酸
化マグネシウム単結晶の（１００）へきかい面にカーボ
ンが蒸着された（第１図（ａ））。これは、レーザー光
の吸収をよくするためである。次に、この基板にレーザ
ー光を照射した。この時、レーザーを５ｍｍ／秒の速度
で基板上を走査した（第１図（ｂ））。レーザーはＮｄ
：　ＹＡＧレーザ−（波長１．０６μｍ）で、Ｑスイッ
チによって繰り返し周波数２ｋＨｚにパルス変調された
。出力は０．５Ｗであった。最後に空気中８００℃で１
時間焼成することによって、カーボンを除去した（第１
図（Ｃ））。得られた溝は幅３０μｍ、深さ２０μｍで
あった。

（２）溝での超伝導体の形成 超伝導体としてはビスマス−ストロンチウム−カルシウ
ム−銅を構成元素とする酸化物超伝導体を用いた。酸化
ビスマス、炭酸ストロンチウム。

炭酸カルシウム、酸化銅の粉末を、モル比でビスマス：
ストロンチウム：カルシウム：ｔＲ＝２：１．８：１：
２となるように混合し、空気中８５０°Ｃで１２時間焼
成した。このようにして得られた酸化物超伝導体の粉末
を第２図に示すように基板の一方の端に置き、このまま
空気中にて９００°Ｃで１０分保持した後、１６７分の
速度で８５０°Ｃまで冷却し、取り出した。熱処理のプ
ロセスを第３図に示す。

（３）結果 光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡による観察から、溝
にそって長さ数百μｍの単結晶が成長しているのが認め
られた。エネルギー分散型Ｘ線（ＥＤＸ）分析法による
組成分析の結果、この結晶の組成は、Ｂ　ｉｚ、ａｓ　
ｒｔ、ｚｃａ＋、＋ｃｕｏｙであることがわかった。こ
の線状の超伝導体の抵抗の温度依存性を第４図に示す。

超伝導開始温度が９０Ｋ、ゼロ抵抗温度が７２にの超伝
導転移が見られた。よって、溝に超伝導体が形成された
ことが確認された。

［効果］ 本発明によって従来、加工が困難で、良い特性を得るこ
とが難しいと考えられてきた酸化物超伝導体においても
線材を作製することができた。なお、本実施例では酸化
物超伝導体について示したが、本発明の主旨から酸化物
超伝導体以外の、例えば、従来から多方面に応用されて
きた合金系の超伝導材料等にも本発明が応用できること
は明らかである。

以上のことから本発明は工業上非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、基板への溝の形成方法を示す。 第２図は、基板に対する超伝導体粉末（ＢｉＳｒ−Ｃａ
−Ｃｕ−Ｏｐｏｗｄｅｒ ）の置き方を示す。 第３図は、結晶成長のためのヒーティングプロセスを示
す。 第４図は、得られた線状超伝導体の抵抗−温度曲線を示
す。 酸化マグネシウム基板 薄膜状炭素 レーザー光 超伝導体粉末 第１図 （久）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物理的、或いは化学的に基板上に形成された溝にそ
   って、超伝導体を結晶成長させることによって、幅数十
   μｍ以下の極細線状の多結晶、もしくは単結晶の超伝導
   体を形成することを特徴とする超伝導体の作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、超伝導体は、酸化
   物高温超伝導体を用いることを特徴とする超伝導体の作
   製方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、基板上に形成され
   る溝は、レーザー光などの強光を基板に照射することに
   よって、物理的に表面がエッチングされることによって
   形成されることを特徴とする超伝導体の作製方法。