JPH0337913A - 酸化物超電導体薄膜材料 - Google Patents
酸化物超電導体薄膜材料Info
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- JPH0337913A JPH0337913A JP1171302A JP17130289A JPH0337913A JP H0337913 A JPH0337913 A JP H0337913A JP 1171302 A JP1171302 A JP 1171302A JP 17130289 A JP17130289 A JP 17130289A JP H0337913 A JPH0337913 A JP H0337913A
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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
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
し産業上の利用分野］
本発明は、酸化物超電導体薄膜材料に関するものである
。
。
［従来の技術］
従来、銅を含み臨界温度が液体窒素温度以上である酸化
物超電導体の薄膜は、種々の物理蒸着法（スパッタ法、
蒸着法、レーザービーム蒸着法など）や、ＣＶＤ法など
で製造されてきた。方法の如何によらず、製造条件を適
正に選べば、液体窒素温度、Ｏ磁場下では１００万Ａ／
ｃｍ２以上の臨界電流密度を有する薄膜が得られるよう
になってきている。
物超電導体の薄膜は、種々の物理蒸着法（スパッタ法、
蒸着法、レーザービーム蒸着法など）や、ＣＶＤ法など
で製造されてきた。方法の如何によらず、製造条件を適
正に選べば、液体窒素温度、Ｏ磁場下では１００万Ａ／
ｃｍ２以上の臨界電流密度を有する薄膜が得られるよう
になってきている。
［発明が解決しようとする課題］
しかし、超電導マグネットなどの応用には数テスラ以上
の強い磁場下で１０７ｉ Ａ ／ｃｍ”以上の電流を流
せる材料が求められており、これまで得られた薄膜は磁
場下、特に、Ｃｕ−０面に垂直に磁場を印加した場合に
大きな電流が流せないことが問題となっている。この原
因は、酸化物超電導体の単結晶を用いた実験結果から、
磁場下で電流の印加による磁束の移動を十分に抑制でき
ていないためと考えられている。
の強い磁場下で１０７ｉ Ａ ／ｃｍ”以上の電流を流
せる材料が求められており、これまで得られた薄膜は磁
場下、特に、Ｃｕ−０面に垂直に磁場を印加した場合に
大きな電流が流せないことが問題となっている。この原
因は、酸化物超電導体の単結晶を用いた実験結果から、
磁場下で電流の印加による磁束の移動を十分に抑制でき
ていないためと考えられている。
磁場下で磁束の移動を抑制するためには適切なピン止め
中心を超電導体内に導入することが必要である。ピン止
め中心としては、非超電導体の微粒子や、薄膜では電流
方向に平行な微少なリラックなどが作用すると考えられ
ているが、そのようなピン止め中心を有する薄膜を形成
する方法は未だ確立されていない。
中心を超電導体内に導入することが必要である。ピン止
め中心としては、非超電導体の微粒子や、薄膜では電流
方向に平行な微少なリラックなどが作用すると考えられ
ているが、そのようなピン止め中心を有する薄膜を形成
する方法は未だ確立されていない。
［課題を解決するための手段］
本発明者は、超電導体薄膜材料において、薄膜を特定の
配向性で形成し、基板と薄膜の熱膨張差を利用して、Ｃ
軸に垂直に微少なリラックを導入すると、このクラック
が有効なピン止め中心として作用することを見出し本発
明を成したものである。
配向性で形成し、基板と薄膜の熱膨張差を利用して、Ｃ
軸に垂直に微少なリラックを導入すると、このクラック
が有効なピン止め中心として作用することを見出し本発
明を成したものである。
かくして本発明は、ペロブスカイト構造を有する酸化物
超電導体薄膜材料において、熱膨張係数が酸化物超電導
体よりも小さな基体上に、酸化物超電導体薄膜が結晶の
Ｃ軸と基体表面とのなす角度が０〜４５度になるよう形
成され、かつ薄膜全面にＣ軸に垂直なリラックが１１０
ｌ１以下の間隔で形成されていることを特徴とする酸化
物超電導体薄膜材料を提供するものである。
超電導体薄膜材料において、熱膨張係数が酸化物超電導
体よりも小さな基体上に、酸化物超電導体薄膜が結晶の
Ｃ軸と基体表面とのなす角度が０〜４５度になるよう形
成され、かつ薄膜全面にＣ軸に垂直なリラックが１１０
ｌ１以下の間隔で形成されていることを特徴とする酸化
物超電導体薄膜材料を提供するものである。
本発明では、熱膨張係数の小さな基体上に加熱した状態
でペロブスカイト型酸化物超電導体薄膜を結晶のＣ軸を
基体表面に対して０〜４５度の角度になるように形成し
、成膜後冷却時に熱膨張係数の差を利用して、薄膜全面
にＣ軸と垂直に微少なリラックを形成せしめる。ピン止
め効果を発現させるためには、１０μｍ以下の間隔で多
数のクラックが均一に形成されていることが必要で、ク
ラックの間隔が５μｍである場合は、さらにピン止め効
果が向上するのでより好ましい。クラックの幅、すなわ
ちクラックの開きの幅が、５００Å以下の場合は、ピン
止め効果が高いので好ましい。
でペロブスカイト型酸化物超電導体薄膜を結晶のＣ軸を
基体表面に対して０〜４５度の角度になるように形成し
、成膜後冷却時に熱膨張係数の差を利用して、薄膜全面
にＣ軸と垂直に微少なリラックを形成せしめる。ピン止
め効果を発現させるためには、１０μｍ以下の間隔で多
数のクラックが均一に形成されていることが必要で、ク
ラックの間隔が５μｍである場合は、さらにピン止め効
果が向上するのでより好ましい。クラックの幅、すなわ
ちクラックの開きの幅が、５００Å以下の場合は、ピン
止め効果が高いので好ましい。
ペロブスカイト型酸化物超電導体は、Ｃ軸に垂直に襞間
しやすく熱膨張差で容易にこのようなリラックが生成す
る。この酸化物では、超電導電流はＣ軸に垂直に流れる
ので、クラックは電流の経路を妨げることなくピン止め
効果を発揮する。結晶のＣ軸と基体表面のなす角度は、
０度に近いほうがクラックが均一に生成しやすく、また
膜の強度も高くなるので好ましい。この角度が０度の場
合、すなわちＣ軸が基体表面に平行な場合が最も好まし
い。
しやすく熱膨張差で容易にこのようなリラックが生成す
る。この酸化物では、超電導電流はＣ軸に垂直に流れる
ので、クラックは電流の経路を妨げることなくピン止め
効果を発揮する。結晶のＣ軸と基体表面のなす角度は、
０度に近いほうがクラックが均一に生成しやすく、また
膜の強度も高くなるので好ましい。この角度が０度の場
合、すなわちＣ軸が基体表面に平行な場合が最も好まし
い。
基体表面に対して、結晶のＣ軸の角度が０〜４５度にな
るように薄膜を形成するには、公知の技術を利用するこ
とができる。例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３０．系の酸化物超
電導体を形成する場合は、基板温度を６５０℃程度に保
ちスパッタリング法により薄膜を形成することにより基
体表面と結晶Ｃ軸とのなす角度が０度の薄膜が得られる
。
るように薄膜を形成するには、公知の技術を利用するこ
とができる。例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３０．系の酸化物超
電導体を形成する場合は、基板温度を６５０℃程度に保
ちスパッタリング法により薄膜を形成することにより基
体表面と結晶Ｃ軸とのなす角度が０度の薄膜が得られる
。
基体は熱膨張係数が小さく、酸化雰囲気中で耐熱性のあ
る材料が好ましく、具体的には、シリカガラスなどが好
ましい。
る材料が好ましく、具体的には、シリカガラスなどが好
ましい。
酸化物超電導体薄膜は基体上に直接形成しても構わない
が、基体との反応を回避するため、中間に超電導体と反
応しにくいバッファー層を配しても構わない。バッファ
ー層の材質としてはＭｇＯ１ＳｒＴｉＯ，、ＬａＡｌ０
ｚ、ＬａＧａＯ３、ＺｒＯ２などが好ましい。
が、基体との反応を回避するため、中間に超電導体と反
応しにくいバッファー層を配しても構わない。バッファ
ー層の材質としてはＭｇＯ１ＳｒＴｉＯ，、ＬａＡｌ０
ｚ、ＬａＧａＯ３、ＺｒＯ２などが好ましい。
［実施例］
多源のマグネトロンスパッタ装置を用い、基板に鏡面研
磨したシリカガラスを用いた。まず基板温度を８００℃
に保ち、酸化マグネシウムターゲットを用い、Ａｒ１０
２比４／１１全圧５×Ｌ Ｏ−”Ｔｏｒｒの条件で酸化
マグネシウムの薄膜を５００人の厚さに形成させた。そ
の後、基板をＹ： Ｂａ：Ｃｕ ＝ １ ： ３： ６
のターゲットの対向位置に移動し、基板温度６５０℃、
Ａｒ１０２比４／１、全圧５ Ｘ １０−２Ｔｏｒｒの
条件でＹＢａ２ＣｕｓＯｘの１膜を６０００人の厚さに
形成した。得られた膜は、Ｘ線回折装置により、（１１
０）面が基板と平行であることが６１ ｇ＝された。す
なわち、Ｃ軸と基板表面とのなす角度は０度であった。
磨したシリカガラスを用いた。まず基板温度を８００℃
に保ち、酸化マグネシウムターゲットを用い、Ａｒ１０
２比４／１１全圧５×Ｌ Ｏ−”Ｔｏｒｒの条件で酸化
マグネシウムの薄膜を５００人の厚さに形成させた。そ
の後、基板をＹ： Ｂａ：Ｃｕ ＝ １ ： ３： ６
のターゲットの対向位置に移動し、基板温度６５０℃、
Ａｒ１０２比４／１、全圧５ Ｘ １０−２Ｔｏｒｒの
条件でＹＢａ２ＣｕｓＯｘの１膜を６０００人の厚さに
形成した。得られた膜は、Ｘ線回折装置により、（１１
０）面が基板と平行であることが６１ ｇ＝された。す
なわち、Ｃ軸と基板表面とのなす角度は０度であった。
次に、この試料を酸素気流中で９２０℃、２０分保持し
た後、１℃／分の速度で冷却し、さらに５００℃で４０
時間処理した。
た後、１℃／分の速度で冷却し、さらに５００℃で４０
時間処理した。
得られた薄膜を走査型電子顕微鏡で観察したところ、薄
膜全面にわたり約２μｍ間隔で平行に多数のクラックが
生成していることが確認された。
膜全面にわたり約２μｍ間隔で平行に多数のクラックが
生成していることが確認された。
このクラックの幅は、約２００人であった。
この薄膜を幅０．１ｍｍ、長さ５０ＩＬｍの大きさに乾
式エツチングし、試料を液体窒素に浸漬した状態で直流
４端子法によりクラックに平行な方向の臨界電流密度を
測定したところ、磁場を印加しない状態で２ Ｘ ｌ
Ｏ’ Ａ／ａｎ２、Ｃ軸と平行にｌテスラの磁場を印加
した状態でｌ ｘ ｌ Ｏ’ Ａ／Ｃｍ”であった。
式エツチングし、試料を液体窒素に浸漬した状態で直流
４端子法によりクラックに平行な方向の臨界電流密度を
測定したところ、磁場を印加しない状態で２ Ｘ ｌ
Ｏ’ Ａ／ａｎ２、Ｃ軸と平行にｌテスラの磁場を印加
した状態でｌ ｘ ｌ Ｏ’ Ａ／Ｃｍ”であった。
［比較例］
実施例と同一の装置を用いて、シリカガラスの替りに（
１００）面を鏡面研磨したＭｇＯ単結晶を基板として用
い、直接酸化物超電導体を蒸着して薄膜を得た。実施例
と同様、得られた薄膜のＣ軸と基板表面とのなす角度は
０度であった。実施例と同様にして臨界電流密度を測定
したところ、磁場を印加しない状態で５ Ｘ １０’
Ａ／ａｍ２．１テスラの磁場を印加した状態でｌ Ｘ
１０’ Ａ／ｃｍ”であった。
１００）面を鏡面研磨したＭｇＯ単結晶を基板として用
い、直接酸化物超電導体を蒸着して薄膜を得た。実施例
と同様、得られた薄膜のＣ軸と基板表面とのなす角度は
０度であった。実施例と同様にして臨界電流密度を測定
したところ、磁場を印加しない状態で５ Ｘ １０’
Ａ／ａｍ２．１テスラの磁場を印加した状態でｌ Ｘ
１０’ Ａ／ｃｍ”であった。
［効果］
本発明の酸化物超電導体薄膜は、磁場を印加した状態に
おいても高い臨界電流密度を示す。
おいても高い臨界電流密度を示す。
Claims (6)
- （１）ペロブスカイト構造を有する酸化物超電導体薄膜
材料において、熱膨張係数が酸化物超電導体よりも小さ
な基体上に、酸化物超電導体薄膜が結晶のｃ軸と基体表
面とのなす角度が０〜４５度になるよう形成され、かつ
薄膜全面にｃ軸に垂直なリラックが１０μｍ以下の間隔
で形成されていることを特徴とする酸化物超電導体薄膜
材料。 - （２）クラックの幅が５００Å以下である請求項１の酸
化物超電導体薄膜材料。 - （３）基体が、シリカガラスである請求項１または２の
酸化物超電導体薄膜材料。 - （４）基体と薄膜の間にバッファー層を設けてなる請求
項１〜３いずれか一の酸化物超電導体薄膜材料。 - （５）バッファー層の材質が、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ＿２
、ＬａＡｌＯ＿３、ＬａＧａＯ＿３、ＺｒＯ＿２からな
る群より選ばれたものである請求項４の酸化物超電導体
薄膜材料。 - （６）酸化物超電導体がＹＢａ＿２Ｃｕ＿３Ｏｘ系であ
る請求項１〜５いずれか一の酸化物超電導体薄膜材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171302A JPH0337913A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 酸化物超電導体薄膜材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1171302A JPH0337913A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 酸化物超電導体薄膜材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0337913A true JPH0337913A (ja) | 1991-02-19 |
Family
ID=15920766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1171302A Pending JPH0337913A (ja) | 1989-07-04 | 1989-07-04 | 酸化物超電導体薄膜材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0337913A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07226135A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-08-22 | Sunx Ltd | 検出スイッチ |
| JP2008251564A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Kyushu Univ | 高温超伝導電流リードと臨界電流密度増加方法 |
| US10291231B2 (en) | 2016-07-20 | 2019-05-14 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Superconducting device with dummy elements |
-
1989
- 1989-07-04 JP JP1171302A patent/JPH0337913A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07226135A (ja) * | 1994-02-14 | 1995-08-22 | Sunx Ltd | 検出スイッチ |
| JP2008251564A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Kyushu Univ | 高温超伝導電流リードと臨界電流密度増加方法 |
| US10291231B2 (en) | 2016-07-20 | 2019-05-14 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Superconducting device with dummy elements |
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