JPH05345613A - 立方晶系ペロブスカイト結晶構造体及び該結晶構造の製造方法 - Google Patents
立方晶系ペロブスカイト結晶構造体及び該結晶構造の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超伝導性重畳格子及びジョゼフソン接合デバ
イスのための弱いリンクを形成するために使用できる結
晶構造体を提供する。 【構成】 本発明の立方晶系ペロブスカイト結晶構造体
は、式: R0.33+zA0.67C1−yO3−x の単位セル(式中、R、A及びCは、それぞれ、超伝導
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、
そして、zは0.1以下である)を満足する。
イスのための弱いリンクを形成するために使用できる結
晶構造体を提供する。 【構成】 本発明の立方晶系ペロブスカイト結晶構造体
は、式: R0.33+zA0.67C1−yO3−x の単位セル(式中、R、A及びCは、それぞれ、超伝導
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、
そして、zは0.1以下である)を満足する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な結晶構造体、そ
の製造方法及びこの結晶構造から構成された物品、特
に、重畳格子(superlattices)及びジョ
ゼフソン接合デバイスのような超伝導物品に関する。
の製造方法及びこの結晶構造から構成された物品、特
に、重畳格子(superlattices)及びジョ
ゼフソン接合デバイスのような超伝導物品に関する。
【0002】
【従来の技術】高温(T0>30°K)超伝導物質の具
体的な種類は、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結
晶構造を示す希土類(R)アルカリ土類(A)銅(C)
酸化物である。以下、これを高T0R1A2C3結晶構
造と言う。
体的な種類は、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結
晶構造を示す希土類(R)アルカリ土類(A)銅(C)
酸化物である。以下、これを高T0R1A2C3結晶構
造と言う。
【0003】超伝導R1A2C3斜方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造の単位セルは、一般に図1に示される形を示
すことが認められている。図1に於いて、Rは希土類原
子を表し、Aはアルカリ土類原子を表し、Cは銅原子を
表し、標識の無い実線円は酸素原子を表し、そして、標
識の無い破線円はその幾つかは空いている酸素原子サイ
トを表している。酸素原子と銅原子を結合している破線
は、図式的に、一般に単位セルを通じて伝導路を与える
と信じられている酸素−銅結合を表している。実線は単
位セルの境界を示している。全部で8個の希土類原子が
示されているが、これらの原子のそれぞれは、8個の隣
接する単位セル(その内の1個のみが示されている)に
より共有されており、それで単位セル当たり1個の希土
類原子のみが存在する。同様に、全部で8個のアルカリ
土類原子が示されているが、これらの原子のそれぞれ
は、4個の隣接する単位セル(その内の1個のみが示さ
れている)により共有されており、それで単位セル当た
り2個のアルカリ土類原子のみが存在する。3個の銅原
子のみが示されているが、各原子は完全に単位セル内に
存在し、それで単位セル当たり3個の銅原子が存在す
る。14個の酸素原子サイトが示されており、2個は単
位セル内に完全に含まれ、そして12個はそれぞれ1個
の隣接する単位セル(図示せず)により共有されてい
る。全部の可能な酸素サイトが占有された場合には、単
位セル当たり全部で8個の酸素原子が存在するであろ
う。超伝導性単位セルには6.4個と7個との間の酸素
原子が含まれる。O9−x′、O8−x′、
O7−x′、O6+x等のような種々の表示を、端数の
酸素含有を示すために使用する。
ト結晶構造の単位セルは、一般に図1に示される形を示
すことが認められている。図1に於いて、Rは希土類原
子を表し、Aはアルカリ土類原子を表し、Cは銅原子を
表し、標識の無い実線円は酸素原子を表し、そして、標
識の無い破線円はその幾つかは空いている酸素原子サイ
トを表している。酸素原子と銅原子を結合している破線
は、図式的に、一般に単位セルを通じて伝導路を与える
と信じられている酸素−銅結合を表している。実線は単
位セルの境界を示している。全部で8個の希土類原子が
示されているが、これらの原子のそれぞれは、8個の隣
接する単位セル(その内の1個のみが示されている)に
より共有されており、それで単位セル当たり1個の希土
類原子のみが存在する。同様に、全部で8個のアルカリ
土類原子が示されているが、これらの原子のそれぞれ
は、4個の隣接する単位セル(その内の1個のみが示さ
れている)により共有されており、それで単位セル当た
り2個のアルカリ土類原子のみが存在する。3個の銅原
子のみが示されているが、各原子は完全に単位セル内に
存在し、それで単位セル当たり3個の銅原子が存在す
る。14個の酸素原子サイトが示されており、2個は単
位セル内に完全に含まれ、そして12個はそれぞれ1個
の隣接する単位セル(図示せず)により共有されてい
る。全部の可能な酸素サイトが占有された場合には、単
位セル当たり全部で8個の酸素原子が存在するであろ
う。超伝導性単位セルには6.4個と7個との間の酸素
原子が含まれる。O9−x′、O8−x′、
O7−x′、O6+x等のような種々の表示を、端数の
酸素含有を示すために使用する。
【0004】R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶
構造体に関連して、酸素は常に存在しており、それで当
該技術分野に於ける通常の使用と一致させて、簡略にす
る利点で酸素を表示から除いている。R1A2C3斜方
晶系ペロブスカイト結晶相の単位セルは、3個の互いに
垂直な軸を示し、その短軸であるa軸及びb軸は殆ど同
じ長さである。希土類原子はa及びb軸により定義され
る単位セル底面内に存在する。単位セルの長軸であるc
軸は、底面に垂直に配向している。基体上に被覆された
超伝導層に於いて、c軸は典型的に基板に垂直に配向し
ている。
構造体に関連して、酸素は常に存在しており、それで当
該技術分野に於ける通常の使用と一致させて、簡略にす
る利点で酸素を表示から除いている。R1A2C3斜方
晶系ペロブスカイト結晶相の単位セルは、3個の互いに
垂直な軸を示し、その短軸であるa軸及びb軸は殆ど同
じ長さである。希土類原子はa及びb軸により定義され
る単位セル底面内に存在する。単位セルの長軸であるc
軸は、底面に垂直に配向している。基体上に被覆された
超伝導層に於いて、c軸は典型的に基板に垂直に配向し
ている。
【0005】PA−1 Mir et alの米国特許
第4,880,770号には、薄い(厚さ<5μm)超
伝導R1A2C3層及び金属−配位子前駆体化合物をス
ピンコーティングし、次いで熱分解することによるその
製造方法が開示されている。
第4,880,770号には、薄い(厚さ<5μm)超
伝導R1A2C3層及び金属−配位子前駆体化合物をス
ピンコーティングし、次いで熱分解することによるその
製造方法が開示されている。
【0006】PA−2 Stromの米国特許第4,9
08,346号には、薄い(厚さ<5μm)超伝導R1
A2C3層及び溶解した金属−配位子前駆体化合物を噴
霧蒸発させ、次いで熱分解するその製造方法が開示され
ている。
08,346号には、薄い(厚さ<5μm)超伝導R1
A2C3層及び溶解した金属−配位子前駆体化合物を噴
霧蒸発させ、次いで熱分解するその製造方法が開示され
ている。
【0007】PA−3 Dijkkamp et al
の「高Tcバルク物質からパルスレーザ蒸発を使用する
Y−Ba−Cu酸化物超伝導体薄フィルムの製造」
(“Preparation of Y−Ba−Cu
Oxide Superconductor Thin
Films Using Pulsed Laser
Evaporation From High Tc
Bulk Material”)、Appl.Phy
s.Lett.51(8),1987年8月24日、6
19〜621頁には、バルク物質のパルスエキシマレー
ザ蒸発及びストロンチウムチタネート又はアルミナの加
熱した基体上への沈着による超伝導Y1Ba2Cu3O
8−x薄フィルムの製造が報告されている。記載されて
いる方法は、一般にレーザ融蝕又は溶発沈着(lase
r ablation deposition)と言わ
れている。
の「高Tcバルク物質からパルスレーザ蒸発を使用する
Y−Ba−Cu酸化物超伝導体薄フィルムの製造」
(“Preparation of Y−Ba−Cu
Oxide Superconductor Thin
Films Using Pulsed Laser
Evaporation From High Tc
Bulk Material”)、Appl.Phy
s.Lett.51(8),1987年8月24日、6
19〜621頁には、バルク物質のパルスエキシマレー
ザ蒸発及びストロンチウムチタネート又はアルミナの加
熱した基体上への沈着による超伝導Y1Ba2Cu3O
8−x薄フィルムの製造が報告されている。記載されて
いる方法は、一般にレーザ融蝕又は溶発沈着(lase
r ablation deposition)と言わ
れている。
【0008】PA−4 Wu et alの「パルスレ
ーザ沈着により成長したY−Ba−Cu−O/Yy−P
r1−y−Ba−Cu−Oの重畳格子」(“Super
lattices of Y−Ba−Cu−O/Yy−
Pr1−y−Ba−Cu−OGrown by Pul
sed Laser Deposition”)、Ap
pl.Phys.Lett.56(4),1990年1
月22日、400〜402頁には、YyPr1−y−B
a2CuO7−xの半導体性層により分離されたY1B
a2Cu3O7−xの超伝導性層からなる重畳格子の形
成が報告されている。PA−3に記載されたレーザ融蝕
方法は、レーザにより続いて処理された二つの異なった
バルクターゲット物質を与えるように修正された。
ーザ沈着により成長したY−Ba−Cu−O/Yy−P
r1−y−Ba−Cu−Oの重畳格子」(“Super
lattices of Y−Ba−Cu−O/Yy−
Pr1−y−Ba−Cu−OGrown by Pul
sed Laser Deposition”)、Ap
pl.Phys.Lett.56(4),1990年1
月22日、400〜402頁には、YyPr1−y−B
a2CuO7−xの半導体性層により分離されたY1B
a2Cu3O7−xの超伝導性層からなる重畳格子の形
成が報告されている。PA−3に記載されたレーザ融蝕
方法は、レーザにより続いて処理された二つの異なった
バルクターゲット物質を与えるように修正された。
【0009】PA−5 Rogers et alの
「レーザ沈着により成長したヘテロエピタキシャルYB
a2Cu3O7−x−PrYBa2Cu3O7−x−Y
Ba2Cu3O7−xジョゼフソンデバイスの形成」
(“Fabrication of Heteroep
itaxial YBa2Cu3O7−x−PrYBa
2Cu3O7−x−YBa2Cu3O7−x Jose
phson Devices Grown by La
ser Deposition”)、Appl.Phy
s.Lett.55(19),1989年11月2日、
2032〜2034頁には、PA−3及びPA−4のも
のと同様のレーザ融蝕沈着技術によるジョゼフソン接合
デバイスの製造が報告されている。
「レーザ沈着により成長したヘテロエピタキシャルYB
a2Cu3O7−x−PrYBa2Cu3O7−x−Y
Ba2Cu3O7−xジョゼフソンデバイスの形成」
(“Fabrication of Heteroep
itaxial YBa2Cu3O7−x−PrYBa
2Cu3O7−x−YBa2Cu3O7−x Jose
phson Devices Grown by La
ser Deposition”)、Appl.Phy
s.Lett.55(19),1989年11月2日、
2032〜2034頁には、PA−3及びPA−4のも
のと同様のレーザ融蝕沈着技術によるジョゼフソン接合
デバイスの製造が報告されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、R1
A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造と同じ元素を
含有する物質を提供することである。他の目的は、この
物質の製造方法を提供することである。
A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造と同じ元素を
含有する物質を提供することである。他の目的は、この
物質の製造方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、R1A2C3
斜方晶系ペロブスカイト結晶層の形成のためのレーザ融
蝕沈着方法(例えば、上記引用したPA−3、PA−4
又はPA−5より開示された方法の何れか一つ)で使用
される基体(又は基板)のための加熱台の温度を変える
ことによって、新規な立方晶系ペロブスカイト結晶構造
が形成できることを見出してなされた。
斜方晶系ペロブスカイト結晶層の形成のためのレーザ融
蝕沈着方法(例えば、上記引用したPA−3、PA−4
又はPA−5より開示された方法の何れか一つ)で使用
される基体(又は基板)のための加熱台の温度を変える
ことによって、新規な立方晶系ペロブスカイト結晶構造
が形成できることを見出してなされた。
【0012】少なくとも同じように重要な第二の発見
は、一度生成した新規な立方晶系ペロブスカイト結晶構
造層は、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
を形成させようとして十分な温度に加熱した場合には、
安定に留まっていることである。このことは、立方晶系
ペロブスカイト結晶構造層がR1A2C3斜方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造層を沈着するための基体として機能
し、次いでこれが重畳格子及びジョゼフソン接合デバイ
スの形成を許容する。
は、一度生成した新規な立方晶系ペロブスカイト結晶構
造層は、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
を形成させようとして十分な温度に加熱した場合には、
安定に留まっていることである。このことは、立方晶系
ペロブスカイト結晶構造層がR1A2C3斜方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造層を沈着するための基体として機能
し、次いでこれが重畳格子及びジョゼフソン接合デバイ
スの形成を許容する。
【0013】一つの面で、本発明は、式: R0.33+zA0.67C1−yO3−x の単位セル(式中、R、A及びCは、それぞれ、超伝導
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、
zは0.1以下であり、そして、Rは、少なくとも1種
のスカンジウム、イットリウム並びにセリウム、プラセ
オジム、プロメチウム及びテルビウム以外のランタノイ
ド希土類元素を含む)を満足する立方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造を指向する。
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、
zは0.1以下であり、そして、Rは、少なくとも1種
のスカンジウム、イットリウム並びにセリウム、プラセ
オジム、プロメチウム及びテルビウム以外のランタノイ
ド希土類元素を含む)を満足する立方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造を指向する。
【0014】他の面で、本発明は、本発明による立方晶
系ペロブスカイト結晶構造からなる、R1A2C3斜方
晶系ペロブスカイト結晶構造相及び層のエピタキシャル
沈着を支持し得る基体からなる物品に指向する。
系ペロブスカイト結晶構造からなる、R1A2C3斜方
晶系ペロブスカイト結晶構造相及び層のエピタキシャル
沈着を支持し得る基体からなる物品に指向する。
【0015】追加の面で、本発明は、低伝導度の弱いリ
ンクにより伝導性に結合されている少なくとも第一の及
び第二の超伝導層からなり、該弱いリンクが本発明によ
る立方晶系ペロブスカイト結晶構造からなることを特徴
とする、ジョゼフソン接合デバイスを指向している。
ンクにより伝導性に結合されている少なくとも第一の及
び第二の超伝導層からなり、該弱いリンクが本発明によ
る立方晶系ペロブスカイト結晶構造からなることを特徴
とする、ジョゼフソン接合デバイスを指向している。
【0016】更に他の面で、本発明は、層の結晶単位セ
ルc軸に垂直に配向し、本発明による立方晶系ペロブス
カイト結晶構造を示す隣接する一対の層の間に介在して
いる層の主面を有する、R1A2C3斜方晶系ペロブス
カイト結晶構造を示す複数の超伝導層から本質的にな
る、重畳格子を指向している。
ルc軸に垂直に配向し、本発明による立方晶系ペロブス
カイト結晶構造を示す隣接する一対の層の間に介在して
いる層の主面を有する、R1A2C3斜方晶系ペロブス
カイト結晶構造を示す複数の超伝導層から本質的にな
る、重畳格子を指向している。
【0017】更に別の面で、本発明は、(a)超伝導性
R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の希土
類、アルカリ土類及び銅の化学量論量を示す、希土類ア
ルカリ土類銅酸化物の主体をレーザで処理して、希土類
アルカリ土類銅酸化物の一部を融蝕し、そして、(b)
加熱台の上に置いた基体上に、融蝕した希土類、アルカ
リ土類及び銅を酸素と共に凝縮させることからなる、レ
ーザ融蝕沈着による希土類アルカリ土類銅酸化物結晶構
造の形成方法を指向している。この方法は、加熱台の温
度を、結晶を形成させるために十分であるが、超伝導性
R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の形成の
ために必要な最少温度よりも低い範囲内に維持して、立
方晶系ペロブスカイト結晶構造を、式: R0.33+zA0.67C1−yO3−x の単位セル(式中、R、A及びCは、それぞれ、超伝導
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、
zは0.1以下であり、そして、Rは、少なくとも1種
のスカンジウム、イットリウム並びにセリウム、プラセ
オジム、プロメチウム及びテルビウム以外のランタノイ
ド希土類元素を含む)を満足するように作ることを特徴
とする。
R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の希土
類、アルカリ土類及び銅の化学量論量を示す、希土類ア
ルカリ土類銅酸化物の主体をレーザで処理して、希土類
アルカリ土類銅酸化物の一部を融蝕し、そして、(b)
加熱台の上に置いた基体上に、融蝕した希土類、アルカ
リ土類及び銅を酸素と共に凝縮させることからなる、レ
ーザ融蝕沈着による希土類アルカリ土類銅酸化物結晶構
造の形成方法を指向している。この方法は、加熱台の温
度を、結晶を形成させるために十分であるが、超伝導性
R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の形成の
ために必要な最少温度よりも低い範囲内に維持して、立
方晶系ペロブスカイト結晶構造を、式: R0.33+zA0.67C1−yO3−x の単位セル(式中、R、A及びCは、それぞれ、超伝導
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、
zは0.1以下であり、そして、Rは、少なくとも1種
のスカンジウム、イットリウム並びにセリウム、プラセ
オジム、プロメチウム及びテルビウム以外のランタノイ
ド希土類元素を含む)を満足するように作ることを特徴
とする。
【0018】立方晶系ペロブスカイト結晶構造の単位セ
ルを図2に示す。立方体であるので、単位セルは区別す
ることができない互いに垂直なa−、b−及びc−軸を
示している。標識1が付けられた第一の金属原子サイト
は、立方体単位セルの中心に存在している。標識2が付
けられた8個の第二の金属原子サイトは、単位セルの角
に存在している。第二の金属原子サイトでそれぞれの原
子は、8個の隣接単位セル(そのうち1個のみを示して
いる)により共有されており、それで、第二の金属原子
サイトは、単位セル当たり1個の金属原子にのみ集合的
に寄与している。標識のない円は単位セルの6個の面の
それぞれ内の面中心位置を占有し、それぞれ隣接単位セ
ル(図示せず)で共有されている6個の酸素原子サイト
を表している。全ての可能な酸素原子サイト位置が占有
されたとき、単位セル当たり全部で3個の酸素原子が存
在する。
ルを図2に示す。立方体であるので、単位セルは区別す
ることができない互いに垂直なa−、b−及びc−軸を
示している。標識1が付けられた第一の金属原子サイト
は、立方体単位セルの中心に存在している。標識2が付
けられた8個の第二の金属原子サイトは、単位セルの角
に存在している。第二の金属原子サイトでそれぞれの原
子は、8個の隣接単位セル(そのうち1個のみを示して
いる)により共有されており、それで、第二の金属原子
サイトは、単位セル当たり1個の金属原子にのみ集合的
に寄与している。標識のない円は単位セルの6個の面の
それぞれ内の面中心位置を占有し、それぞれ隣接単位セ
ル(図示せず)で共有されている6個の酸素原子サイト
を表している。全ての可能な酸素原子サイト位置が占有
されたとき、単位セル当たり全部で3個の酸素原子が存
在する。
【0019】本発明の立方晶系ペロブスカイト結晶構造
は、式: R0.33+zA0.67C1−yO3−x の単位セル(式中、R、A及びCは、それぞれ、超伝導
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、
zは0.1以下である)を満足する。
は、式: R0.33+zA0.67C1−yO3−x の単位セル(式中、R、A及びCは、それぞれ、超伝導
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、
zは0.1以下である)を満足する。
【0020】立方晶系ペロブスカイトの単位セル構造を
超伝導性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
の単位セルの構造と比較したとき、ある種の類似性と差
異とが明らかである。最も重要な類似性の一つは、立方
晶系ペロブスカイトの単位セルが、同じ元素から形成さ
れたR1A2C3斜方晶系ペロブスカイトの単位セルの
短軸寸法と同様である寸法を示すことである。両単位セ
ル面配置及び寸法の類似性は、何れかの結晶構造の他の
ものの上へのエピタキシャル沈着を容易にする。
超伝導性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
の単位セルの構造と比較したとき、ある種の類似性と差
異とが明らかである。最も重要な類似性の一つは、立方
晶系ペロブスカイトの単位セルが、同じ元素から形成さ
れたR1A2C3斜方晶系ペロブスカイトの単位セルの
短軸寸法と同様である寸法を示すことである。両単位セ
ル面配置及び寸法の類似性は、何れかの結晶構造の他の
ものの上へのエピタキシャル沈着を容易にする。
【0021】立方晶系ペロブスカイトの単位セル構造
は、対応するR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶
構造に見出される同じ比率で酸素を含有し得る。本発明
の好ましい態様に於いて、xは0.67〜0.85の範
囲内である。
は、対応するR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶
構造に見出される同じ比率で酸素を含有し得る。本発明
の好ましい態様に於いて、xは0.67〜0.85の範
囲内である。
【0022】斜方晶系ペロブスカイトの単位セル構造体
の希土類:アルカリ土類:銅の1:2:3原子比は、立
方晶系ペロブスカイトの単位セルの構造中に存在し得
る。しかしながら、好ましい立方晶系ペロブスカイト結
晶構造に於いて、僅かの銅欠損がある。即ち、yは好ま
しくは0.05〜0.18の範囲内である。また、僅か
に過剰の希土類が好ましい結晶構造中に存在する。好ま
しい立方晶系ペロブスカイト結晶構造体に於いて、zは
0〜0.08の範囲である。立方晶系ペロブスカイトの
単位セルの構造中に利用できる中心及び角の金属原子サ
イトのみがあり、希土類原子のアルカリ土類原子に対す
る比率は大体1:2であるので、斜方晶系ペロブスカイ
トの単位セルの構造に見出される希土類及びアルカリ土
類原子の整列した配置の型の可能性はない。R1A2C
3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造に比較して、立方晶
系ペロブスカイト結晶構造が形成される比較的低い温度
は、それらの単位セルの構造に於ける差異を説明してい
る。R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体を
形成させる際に使用されるより高い温度は、これらの結
晶構造の単位セル中に見出される金属原子の更に整列し
た関係の形成を容易にするために十分な追加のエネルギ
ーを与える。本発明は、超伝導性を示すために立方晶系
ペロブスカイトの結晶構造を必要とせず、存在する場合
には、超伝導性は、重畳格子及びジョゼフソン接合応用
のために高T0 R1A2C3のものよりも下で十分有
利に生じるので、希土類、アルカリ土類及び銅原子の
1:2:3化学量論量からの変動は、本発明の要求を満
足する立方晶系ペロブスカイトの結晶構造の利用に不満
足でもなく制限もしない。
の希土類:アルカリ土類:銅の1:2:3原子比は、立
方晶系ペロブスカイトの単位セルの構造中に存在し得
る。しかしながら、好ましい立方晶系ペロブスカイト結
晶構造に於いて、僅かの銅欠損がある。即ち、yは好ま
しくは0.05〜0.18の範囲内である。また、僅か
に過剰の希土類が好ましい結晶構造中に存在する。好ま
しい立方晶系ペロブスカイト結晶構造体に於いて、zは
0〜0.08の範囲である。立方晶系ペロブスカイトの
単位セルの構造中に利用できる中心及び角の金属原子サ
イトのみがあり、希土類原子のアルカリ土類原子に対す
る比率は大体1:2であるので、斜方晶系ペロブスカイ
トの単位セルの構造に見出される希土類及びアルカリ土
類原子の整列した配置の型の可能性はない。R1A2C
3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造に比較して、立方晶
系ペロブスカイト結晶構造が形成される比較的低い温度
は、それらの単位セルの構造に於ける差異を説明してい
る。R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体を
形成させる際に使用されるより高い温度は、これらの結
晶構造の単位セル中に見出される金属原子の更に整列し
た関係の形成を容易にするために十分な追加のエネルギ
ーを与える。本発明は、超伝導性を示すために立方晶系
ペロブスカイトの結晶構造を必要とせず、存在する場合
には、超伝導性は、重畳格子及びジョゼフソン接合応用
のために高T0 R1A2C3のものよりも下で十分有
利に生じるので、希土類、アルカリ土類及び銅原子の
1:2:3化学量論量からの変動は、本発明の要求を満
足する立方晶系ペロブスカイトの結晶構造の利用に不満
足でもなく制限もしない。
【0023】超伝導性R1A2C3斜方晶系ペロブスカ
イト結晶構造体を形成できることが知られている希土
類、アルカリ土類及び銅原子のどのような組合せも、本
発明の立方晶系ペロブスカイト結晶構造に含めることが
意図される。用語「希土類」は3族、周期4、5及び6
の元素を示すのに使用する。単独で又は組み合わせて使
用される、スカンジウム、イットリウム並びにセリウ
ム、プラセオジム、プロメチウム及びテルビウム以外の
ランタノイド類(即ち、ランタノイド、ネオジム、サマ
リウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロシウ
ム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウ
ム及びルテチウム)が、超伝導性R1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造を作るために知られている。イ
ットリウム及び上記特定したランタノイド類が、特に好
ましい希土類を構成する。アルカリ土類元素はストロン
チウム及びカルシウムからなる群から選択される追加の
アルカリ土類を伴う、原子基準で少なくとも50%のバ
リウムであり、最も好ましくは、存在するときストロン
チウムである追加のアルカリ土類元素を伴う、原子基準
で少なくとも80%のバリウムである。
イト結晶構造体を形成できることが知られている希土
類、アルカリ土類及び銅原子のどのような組合せも、本
発明の立方晶系ペロブスカイト結晶構造に含めることが
意図される。用語「希土類」は3族、周期4、5及び6
の元素を示すのに使用する。単独で又は組み合わせて使
用される、スカンジウム、イットリウム並びにセリウ
ム、プラセオジム、プロメチウム及びテルビウム以外の
ランタノイド類(即ち、ランタノイド、ネオジム、サマ
リウム、ユウロピウム、ガドリニウム、ジスプロシウ
ム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウ
ム及びルテチウム)が、超伝導性R1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造を作るために知られている。イ
ットリウム及び上記特定したランタノイド類が、特に好
ましい希土類を構成する。アルカリ土類元素はストロン
チウム及びカルシウムからなる群から選択される追加の
アルカリ土類を伴う、原子基準で少なくとも50%のバ
リウムであり、最も好ましくは、存在するときストロン
チウムである追加のアルカリ土類元素を伴う、原子基準
で少なくとも80%のバリウムである。
【0024】特に好ましい立方晶系ペロブスカイト結晶
構造体は、式: Y0.33+zBa0.67C1−yO3−x の単位セル(式中、xは0.67〜0.85を表し、y
は0.05〜0.18を表し、そして、zは0.08以
下を表す)を満足する。この式で代表される単位セル
は、高T0 R1A2C3結晶構造と非常に調和する。
構造体は、式: Y0.33+zBa0.67C1−yO3−x の単位セル(式中、xは0.67〜0.85を表し、y
は0.05〜0.18を表し、そして、zは0.08以
下を表す)を満足する。この式で代表される単位セル
は、高T0 R1A2C3結晶構造と非常に調和する。
【0025】本発明の新規な立方晶系ペロブスカイト結
晶構造体は、レーザ融蝕沈着法により、R1A2C3斜
方晶系ペロブスカイト結晶構造体を形成するのに使用す
る条件を変えることにより製造できる。例えば、新規な
立方晶系ペロブスカイト結晶構造は、前記引用した文献
PA−3、PA−4及びPA−5に開示されたレーザ融
蝕沈着方法で使用される温度を変えることによって製造
できる。レーザ融蝕沈着方法に於いて、超伝導性R1A
2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の希土類、アル
カリ土類及び銅化学量論量を有する全ての希土類アルカ
リ土類銅酸化物を、原料物質として使用できる。原料物
質は結晶であっても無定形であっても良い。原料物質
を、基体が載せられている加熱台に隣接している排気し
たチャンバー内に置く。基体を加熱台と熱的に伝導する
ように接触させて載せる。受け入れられ最も再現性のあ
る方法(本発明で採用される)は、加熱台の温度をモニ
ターし調節することである。原料物質に向けた一連のレ
ーザパルスにより、バルク原料から基体への物質の移動
が起きる。融蝕の間、希土類、アルカリ土類及び銅の元
素及びイオンを含むプラズマが生じる。これらの元素は
酸素と相互作用して基体上に凝縮し、希土類アルカリ土
類銅酸化物を再形成する。その簡単さに加えて、この方
法は、高真空条件を使用できるが、高真空条件が必要で
はないと言う利点を有する。例えば、10−4〜300
mTorrの範囲の環境圧力が報告されている。
晶構造体は、レーザ融蝕沈着法により、R1A2C3斜
方晶系ペロブスカイト結晶構造体を形成するのに使用す
る条件を変えることにより製造できる。例えば、新規な
立方晶系ペロブスカイト結晶構造は、前記引用した文献
PA−3、PA−4及びPA−5に開示されたレーザ融
蝕沈着方法で使用される温度を変えることによって製造
できる。レーザ融蝕沈着方法に於いて、超伝導性R1A
2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の希土類、アル
カリ土類及び銅化学量論量を有する全ての希土類アルカ
リ土類銅酸化物を、原料物質として使用できる。原料物
質は結晶であっても無定形であっても良い。原料物質
を、基体が載せられている加熱台に隣接している排気し
たチャンバー内に置く。基体を加熱台と熱的に伝導する
ように接触させて載せる。受け入れられ最も再現性のあ
る方法(本発明で採用される)は、加熱台の温度をモニ
ターし調節することである。原料物質に向けた一連のレ
ーザパルスにより、バルク原料から基体への物質の移動
が起きる。融蝕の間、希土類、アルカリ土類及び銅の元
素及びイオンを含むプラズマが生じる。これらの元素は
酸素と相互作用して基体上に凝縮し、希土類アルカリ土
類銅酸化物を再形成する。その簡単さに加えて、この方
法は、高真空条件を使用できるが、高真空条件が必要で
はないと言う利点を有する。例えば、10−4〜300
mTorrの範囲の環境圧力が報告されている。
【0026】加熱台の温度を、R1A2C3斜方晶系ペ
ロブスカイト結晶構造体を作るために必要な温度よりも
低く(しかし典型的に約120℃以内)維持することに
より、立方晶系ペロブスカイト結晶構造体の被覆物が沈
着で形成されることを見出した。立方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造の形成のための好ましい温度範囲は、約53
0〜640℃の範囲内である。イットリウムバリウム銅
酸化物の立方晶系ペロブスカイト結晶構造体への沈着の
ための最適温度範囲は540〜630℃である。
ロブスカイト結晶構造体を作るために必要な温度よりも
低く(しかし典型的に約120℃以内)維持することに
より、立方晶系ペロブスカイト結晶構造体の被覆物が沈
着で形成されることを見出した。立方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造の形成のための好ましい温度範囲は、約53
0〜640℃の範囲内である。イットリウムバリウム銅
酸化物の立方晶系ペロブスカイト結晶構造体への沈着の
ための最適温度範囲は540〜630℃である。
【0027】上記のように、立方晶系ペロブスカイト結
晶構造体の生成についての一つの可能な説明は、図2に
関連して記載したような原子の順序を支持するために十
分な熱エネルギーが存在するが、図1に示すような希土
類及びアルカリ土類元素の相対的順序を起こさせるため
に更に転移させるには不十分な熱エネルギーが存在する
ことである。例えば、加熱台を525℃又はそれ未満に
維持した場合には、イットリウムバリウム銅酸化物の無
定形沈着物が観察される。他方、加熱台を650℃又は
それ以上の温度に維持した場合には、Y1Ba2Cu3
斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体が形成される。
晶構造体の生成についての一つの可能な説明は、図2に
関連して記載したような原子の順序を支持するために十
分な熱エネルギーが存在するが、図1に示すような希土
類及びアルカリ土類元素の相対的順序を起こさせるため
に更に転移させるには不十分な熱エネルギーが存在する
ことである。例えば、加熱台を525℃又はそれ未満に
維持した場合には、イットリウムバリウム銅酸化物の無
定形沈着物が観察される。他方、加熱台を650℃又は
それ以上の温度に維持した場合には、Y1Ba2Cu3
斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体が形成される。
【0028】立方晶系ペロブスカイト結晶構造体を受け
取るのに使用される基体は、対応するR1A2C3斜方
晶系ペロブスカイト結晶構造体のための基体として機能
し得ることが知られているどのような形もとることがで
きる。更に、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶
構造(典型的にそれ自体基体上の層である)は、立方晶
系ペロブスカイト結晶構造のための基体として具体的に
考慮される。かくして、上記引用した文献PA−1、P
A−2、PA−3、PA−4及びPA−5で、R1A2
C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の形成を許容する
ことが開示された全ての基体を使用することができる。
非常に調和する基体は、それ自体がプロブスカイト又は
ペロブスカイト状結晶構造を示す物質である。チタン酸
ストロンチウムは、基体として使用することが特に好ま
しいペロブスカイト結晶構造の例である。アルミン酸ラ
ンタン(LaAlO3)、ランタンガリウムオキシド
(LaGaO3)及びタンタル酸カリウムは、有用なペ
ロブスカイトの他の例である。ペロブスカイトではない
その他の好ましい基体には、特に単結晶形態になってい
るマグネシア及びアルミナが含まれる。
取るのに使用される基体は、対応するR1A2C3斜方
晶系ペロブスカイト結晶構造体のための基体として機能
し得ることが知られているどのような形もとることがで
きる。更に、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶
構造(典型的にそれ自体基体上の層である)は、立方晶
系ペロブスカイト結晶構造のための基体として具体的に
考慮される。かくして、上記引用した文献PA−1、P
A−2、PA−3、PA−4及びPA−5で、R1A2
C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の形成を許容する
ことが開示された全ての基体を使用することができる。
非常に調和する基体は、それ自体がプロブスカイト又は
ペロブスカイト状結晶構造を示す物質である。チタン酸
ストロンチウムは、基体として使用することが特に好ま
しいペロブスカイト結晶構造の例である。アルミン酸ラ
ンタン(LaAlO3)、ランタンガリウムオキシド
(LaGaO3)及びタンタル酸カリウムは、有用なペ
ロブスカイトの他の例である。ペロブスカイトではない
その他の好ましい基体には、特に単結晶形態になってい
るマグネシア及びアルミナが含まれる。
【0029】複合体基体が特に意図される。複合体基体
は典型的に、希土類アルカリ土類銅酸化物を形成するこ
ととのその調和性以外の理由から選択される少なくとも
1種の物質及び結晶性希土類アルカリ土類銅酸化物層の
ための調和性沈着表面を与える機能を果たす1個又はそ
れ以上のバリヤー層とから構成される。
は典型的に、希土類アルカリ土類銅酸化物を形成するこ
ととのその調和性以外の理由から選択される少なくとも
1種の物質及び結晶性希土類アルカリ土類銅酸化物層の
ための調和性沈着表面を与える機能を果たす1個又はそ
れ以上のバリヤー層とから構成される。
【0030】バリヤー層を形成するための最も簡単なア
プローチは、下側の基体部分による次の沈着層への有害
な影響をも最少にできる沈着表面が作られるまで、希土
類アルカリ土類銅酸化物の連続する層を単純に形成する
ことである。本発明の実施に於いて、幾つかの例でR1
A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体を形成する
ことと非常に調和性であることが知られているマグネシ
アのような支持体のときでも、単位セルの寸法の2〜3
倍である厚さを有する層が、所望の立方晶系ペロブスカ
イト結晶構造体が観察される前に、R1A2C3斜方晶
系ペロブスカイト結晶構造体として先ず形成されること
が観察された。それで、本発明の一つの好ましい態様に
於いて、複合体基体には、厚さが少なくとも約50Åで
あるR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体の
層が含まれる。R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結
晶構造体の基体層が最少の欠陥を含有するようにするた
めに、この層は少なくとも約500Åの、最適には少な
くとも0.1μmの厚さを有することが好ましい。R1
A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の基体層の最
大厚さは、所望ならば基体全部をR1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造体で形成することができるの
で、完全に選択の問題である。R1A2C3斜方晶系ペ
ロブスカイト結晶構造層がレーザ融蝕沈着により形成さ
れる場合には、厚さは1μm未満であることが好まし
い。PA−2の厚いフィルム形成方法のような他の技術
がR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト厚手(>5μ
m)フィルムを形成するのに使用できる。
プローチは、下側の基体部分による次の沈着層への有害
な影響をも最少にできる沈着表面が作られるまで、希土
類アルカリ土類銅酸化物の連続する層を単純に形成する
ことである。本発明の実施に於いて、幾つかの例でR1
A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体を形成する
ことと非常に調和性であることが知られているマグネシ
アのような支持体のときでも、単位セルの寸法の2〜3
倍である厚さを有する層が、所望の立方晶系ペロブスカ
イト結晶構造体が観察される前に、R1A2C3斜方晶
系ペロブスカイト結晶構造体として先ず形成されること
が観察された。それで、本発明の一つの好ましい態様に
於いて、複合体基体には、厚さが少なくとも約50Åで
あるR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体の
層が含まれる。R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結
晶構造体の基体層が最少の欠陥を含有するようにするた
めに、この層は少なくとも約500Åの、最適には少な
くとも0.1μmの厚さを有することが好ましい。R1
A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造の基体層の最
大厚さは、所望ならば基体全部をR1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造体で形成することができるの
で、完全に選択の問題である。R1A2C3斜方晶系ペ
ロブスカイト結晶構造層がレーザ融蝕沈着により形成さ
れる場合には、厚さは1μm未満であることが好まし
い。PA−2の厚いフィルム形成方法のような他の技術
がR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト厚手(>5μ
m)フィルムを形成するのに使用できる。
【0031】珪素が基体物質である場合には、組合せで
ジルコニウム、珪素及び酸素からなる特に好ましいバリ
ヤー層系は、Hung et alの米国特許第4,9
08,348号により開示されているものである。(ア
メリカ化学会(the American Chemi
cal Society)により採用されているよう
な)元素の周期表の8〜11族及び周期5及び6の金属
は、希土類アルカリ土類銅酸化物の沈着のための沈着表
面を形成するためによく適合しており、また、高温で結
晶性希土類アルカリ土類銅酸化物層(単数又は複数)の
形成が完結した後、支持された希土類アルカリ土類銅酸
化物層(単数又は複数)が可撓性の有機フィルム支持体
のような他の支持体へ移転されるようにする、剥離層と
して作用する能力を有する。更に詳しくはMir et
alの米国特許第4,988,674号により提供さ
れる。有用な希土類アルカリ土類銅酸化物層は、高密度
(理論密度の少なくとも90%)ハフニアバリヤー層を
使用する場合には、クロムと鉄及びニッケルの一つ又は
両者とのオーステナイト合金である支持体上に形成でき
る。ジルコニアをハフニアに置き換えることができる
が、ハフニア、マグネシア、チタン酸ストロンチウム、
アルミン酸ランタン、ランタンガリウムオキシド及びタ
ンタル酸カリウムのような補助バリヤー物質で、ジルコ
ニアバリヤー層の亀裂を充填する。
ジルコニウム、珪素及び酸素からなる特に好ましいバリ
ヤー層系は、Hung et alの米国特許第4,9
08,348号により開示されているものである。(ア
メリカ化学会(the American Chemi
cal Society)により採用されているよう
な)元素の周期表の8〜11族及び周期5及び6の金属
は、希土類アルカリ土類銅酸化物の沈着のための沈着表
面を形成するためによく適合しており、また、高温で結
晶性希土類アルカリ土類銅酸化物層(単数又は複数)の
形成が完結した後、支持された希土類アルカリ土類銅酸
化物層(単数又は複数)が可撓性の有機フィルム支持体
のような他の支持体へ移転されるようにする、剥離層と
して作用する能力を有する。更に詳しくはMir et
alの米国特許第4,988,674号により提供さ
れる。有用な希土類アルカリ土類銅酸化物層は、高密度
(理論密度の少なくとも90%)ハフニアバリヤー層を
使用する場合には、クロムと鉄及びニッケルの一つ又は
両者とのオーステナイト合金である支持体上に形成でき
る。ジルコニアをハフニアに置き換えることができる
が、ハフニア、マグネシア、チタン酸ストロンチウム、
アルミン酸ランタン、ランタンガリウムオキシド及びタ
ンタル酸カリウムのような補助バリヤー物質で、ジルコ
ニアバリヤー層の亀裂を充填する。
【0032】一旦、立方晶系ペロブスカイト結晶構造体
が基体上に形成されると、これはR1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造体に転換することなく形成でき
る最大温度を十分超える温度に耐えることができる。立
方晶系ペロブスカイトイットリウムバリウム銅は、空気
中950℃で焼き鈍しすることにより斜方晶系ペロブス
カイト結晶構造体に転換された。
が基体上に形成されると、これはR1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造体に転換することなく形成でき
る最大温度を十分超える温度に耐えることができる。立
方晶系ペロブスカイトイットリウムバリウム銅は、空気
中950℃で焼き鈍しすることにより斜方晶系ペロブス
カイト結晶構造体に転換された。
【0033】転換がレーザ融蝕沈着によりR1A2C3
斜方晶系ペロブスカイトを形成するために必要な650
℃の加熱台温度より300℃高い温度で起きたことに注
目されたい。即ち、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造体を立方晶系ペロブスカイト結晶構造体表面
上に、後者の劣化なしに形成するために、広範囲の温度
を使用することができる。R1A2C3斜方系ペロブス
カイト結晶構造体の立方晶系ペロブスカイト結晶構造体
表面上への沈着は、900℃以下又はそれ以上の加熱台
温度で行われる。沈着は、最低の好都合な加熱台温度、
好ましくは650〜850℃、最適には700〜750
℃で好ましい。
斜方晶系ペロブスカイトを形成するために必要な650
℃の加熱台温度より300℃高い温度で起きたことに注
目されたい。即ち、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造体を立方晶系ペロブスカイト結晶構造体表面
上に、後者の劣化なしに形成するために、広範囲の温度
を使用することができる。R1A2C3斜方系ペロブス
カイト結晶構造体の立方晶系ペロブスカイト結晶構造体
表面上への沈着は、900℃以下又はそれ以上の加熱台
温度で行われる。沈着は、最低の好都合な加熱台温度、
好ましくは650〜850℃、最適には700〜750
℃で好ましい。
【0034】ポテンシャルバイアス及び連続酸素プラズ
マのそれぞれが、斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体を
上記の温度よりも十分低い(例えば、約100℃低い)
温度でのレーザ融蝕沈着により得られるようにすること
が、当該技術分野で知られている。これらのレーザ融蝕
条件の同じ修正は、本発明の立方晶系ペロブスカイト結
晶構造体を形成するために必要な温度を同様に下げるた
めに意図される。
マのそれぞれが、斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体を
上記の温度よりも十分低い(例えば、約100℃低い)
温度でのレーザ融蝕沈着により得られるようにすること
が、当該技術分野で知られている。これらのレーザ融蝕
条件の同じ修正は、本発明の立方晶系ペロブスカイト結
晶構造体を形成するために必要な温度を同様に下げるた
めに意図される。
【0035】その形成温度を超え、R1A2C3斜方晶
系ペロブスカイト結晶構造体、特に高温超伝導性を示す
ものを提供するための操作温度範囲内での、立方晶系ペ
ロブスカイト結晶構造の観察された安定性の結果、他の
方法では可能ではなかった種々の用途を生む。
系ペロブスカイト結晶構造体、特に高温超伝導性を示す
ものを提供するための操作温度範囲内での、立方晶系ペ
ロブスカイト結晶構造の観察された安定性の結果、他の
方法では可能ではなかった種々の用途を生む。
【0036】本発明による新規な立方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造体が使用できる用途の一つは、高T0 R1
A2C3結晶構造の沈着のための基体バリヤー層として
である。この用途に向いた単純な物品を図3に示す。図
3に於いて301は、本発明による新規な立方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造体の沈着物を支持することができる
上記開示された全ての単純又は複合基体を表し、303
は立方晶系ペロブスカイト結晶構造の薄い(<5μm)
フィルムを表す。この薄いフィルムは好ましくは、少な
くとも50Å、好ましくは少なくとも500Å、そして
最適には少なくとも約0.1μmの最少厚さを示す。立
方晶系ペロブスカイト結晶構造層303は、高T0 R
1A2C3結晶構造を形成するのに必要な温度よりも低
い温度で形成されるので、基体上に高T0R1A2C3
結晶構造を直接沈着させようとした場合よりも、有害な
基体成分が層303内へ泳動する機会が少なくなる。高
T0 R1A2C3結晶構造層を層303の上に形成す
る際に続いてより高い温度にした場合に、後者は拡散バ
リヤーとして作用する。
ト結晶構造体が使用できる用途の一つは、高T0 R1
A2C3結晶構造の沈着のための基体バリヤー層として
である。この用途に向いた単純な物品を図3に示す。図
3に於いて301は、本発明による新規な立方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造体の沈着物を支持することができる
上記開示された全ての単純又は複合基体を表し、303
は立方晶系ペロブスカイト結晶構造の薄い(<5μm)
フィルムを表す。この薄いフィルムは好ましくは、少な
くとも50Å、好ましくは少なくとも500Å、そして
最適には少なくとも約0.1μmの最少厚さを示す。立
方晶系ペロブスカイト結晶構造層303は、高T0 R
1A2C3結晶構造を形成するのに必要な温度よりも低
い温度で形成されるので、基体上に高T0R1A2C3
結晶構造を直接沈着させようとした場合よりも、有害な
基体成分が層303内へ泳動する機会が少なくなる。高
T0 R1A2C3結晶構造層を層303の上に形成す
る際に続いてより高い温度にした場合に、後者は拡散バ
リヤーとして作用する。
【0037】本発明の他の態様を図4に示す。図4に於
いて基体401はその上に沈着されたR1A2C3斜方
晶系ペロブスカイト結晶構造層403と共に示され、順
に層403は本発明の要求を満足する新規な立方晶系ペ
ロブスカイト結晶構造層405を支持している。この配
置は図3の配置に置換できる。この例で層403及び4
05は共にバリヤー層として機能する。この配置は、基
体401が立方晶系ペロブスカイト結晶構造をその表面
上に直接形成させることができる必要がないという別の
利点を有している。
いて基体401はその上に沈着されたR1A2C3斜方
晶系ペロブスカイト結晶構造層403と共に示され、順
に層403は本発明の要求を満足する新規な立方晶系ペ
ロブスカイト結晶構造層405を支持している。この配
置は図3の配置に置換できる。この例で層403及び4
05は共にバリヤー層として機能する。この配置は、基
体401が立方晶系ペロブスカイト結晶構造をその表面
上に直接形成させることができる必要がないという別の
利点を有している。
【0038】基体401及びR1A2C3斜方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造層403が、層403を高T0超伝
導体であるようにするために十分調和性である場合に
は、図4の配置は下記の本発明のデバイスのための最初
の構築ブロックを表す。
ブスカイト結晶構造層403が、層403を高T0超伝
導体であるようにするために十分調和性である場合に
は、図4の配置は下記の本発明のデバイスのための最初
の構築ブロックを表す。
【0039】図3及び図4の構造を考慮して、R1A2
C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造層と立方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造との類似性が、他のエピタキシャル
沈着のための基体として何れかを機能させることに注目
することが重要である。
C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造層と立方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造との類似性が、他のエピタキシャル
沈着のための基体として何れかを機能させることに注目
することが重要である。
【0040】本発明の要求を満足する立方晶系ペロブス
カイト結晶構造体を含有する好ましい構造は、ジョゼフ
ソン接合デバイスである。ジョゼフソン接合デバイス5
00を図5に示す。図示するように、デバイスは、上記
の種々の形態の何れをもとり得る基体501からなる。
R1A2C3結晶構造を含む第一高温超伝導層503は
基体の上に配置されている。外部電気結線を図解的に示
すリード505は、第一超伝導層に接続して示されてい
る。弱いリンク、即ち、それを通して流れを運ぶ比較的
小さい伝導性物質の層を形成する層507が、第一超伝
導層の上にある。本発明のジョゼフソン接合デバイス
は、この弱いリンクが上記の種類の立方晶系ペロブスカ
イト結晶構造層であることに特徴を有する。R1A2C
3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を含有する第二高温
超伝導層509が、弱いリンクの上にある。第二リード
511は、第二超伝導層への外部電気結線を与える。
カイト結晶構造体を含有する好ましい構造は、ジョゼフ
ソン接合デバイスである。ジョゼフソン接合デバイス5
00を図5に示す。図示するように、デバイスは、上記
の種々の形態の何れをもとり得る基体501からなる。
R1A2C3結晶構造を含む第一高温超伝導層503は
基体の上に配置されている。外部電気結線を図解的に示
すリード505は、第一超伝導層に接続して示されてい
る。弱いリンク、即ち、それを通して流れを運ぶ比較的
小さい伝導性物質の層を形成する層507が、第一超伝
導層の上にある。本発明のジョゼフソン接合デバイス
は、この弱いリンクが上記の種類の立方晶系ペロブスカ
イト結晶構造層であることに特徴を有する。R1A2C
3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を含有する第二高温
超伝導層509が、弱いリンクの上にある。第二リード
511は、第二超伝導層への外部電気結線を与える。
【0041】ジョゼフソン接合デバイスは約500Å以
下の厚さを有する弱いリンクと共に報告されていたが、
100Å未満の層厚さで弱いリンクを構成することが一
般的に好ましい。隣接する超伝導層の厚さはデバイスの
操作のためには限定的ではなく、どのような便利な厚さ
であってもよく、典型的には約500Å〜10μmの範
囲である。
下の厚さを有する弱いリンクと共に報告されていたが、
100Å未満の層厚さで弱いリンクを構成することが一
般的に好ましい。隣接する超伝導層の厚さはデバイスの
操作のためには限定的ではなく、どのような便利な厚さ
であってもよく、典型的には約500Å〜10μmの範
囲である。
【0042】ジョゼフソン接合デバイスは極めて高周波
のスイッチとして作用する能力をもつ。ジョゼフソン接
合デバイスは、一般的に感受性の磁界検出のための、か
つその速いスイッチング効用に加えて、非線形の電子部
品としての使用のための、超伝導量子干渉計(SQUI
D)を構成するのに有用である。
のスイッチとして作用する能力をもつ。ジョゼフソン接
合デバイスは、一般的に感受性の磁界検出のための、か
つその速いスイッチング効用に加えて、非線形の電子部
品としての使用のための、超伝導量子干渉計(SQUI
D)を構成するのに有用である。
【0043】14族元素(例えば、珪素及びゲルマニウ
ム)のエピタキシャル半導体重畳格子構造及び13及び
15族の化合物(例えば、砒化ガリウム、砒化ガリウム
アルミニウム)は、レーザから検出器への範囲の有用な
構造のホストへ導いた。重畳格子が高温超伝導結晶構造
で利用できた場合には、重畳格子能力も有用なデバイス
を構築するために使用できると考えられた。
ム)のエピタキシャル半導体重畳格子構造及び13及び
15族の化合物(例えば、砒化ガリウム、砒化ガリウム
アルミニウム)は、レーザから検出器への範囲の有用な
構造のホストへ導いた。重畳格子が高温超伝導結晶構造
で利用できた場合には、重畳格子能力も有用なデバイス
を構築するために使用できると考えられた。
【0044】本発明は重畳格子、特に超伝導層を、最適
には高温超伝導層を含有する重畳格子を可能にする。こ
のことは、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構
造体の沈着を中断して、選択された間隔で1個又はそれ
以上の立方晶系ペロブスカイト結晶構造を挿入すること
によって可能である。
には高温超伝導層を含有する重畳格子を可能にする。こ
のことは、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構
造体の沈着を中断して、選択された間隔で1個又はそれ
以上の立方晶系ペロブスカイト結晶構造を挿入すること
によって可能である。
【0045】本発明の要求を満足する重畳格子構造体の
有用な応用を図6に示す。基体601は上記の種々の形
態の何れをとることもできる。基体の上には、簡単にす
るために、層611及び613として示される立方晶系
ペロブスカイト結晶構造層により、隣接する各一対が分
離されている、3個の層605、607及び609とし
て示される複数個のR1A2C3斜方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造層からなる重畳格子603が配置されてい
る。特に好ましい態様に於いて、R1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造層はそれぞれ高温超伝導性を示
す。
有用な応用を図6に示す。基体601は上記の種々の形
態の何れをとることもできる。基体の上には、簡単にす
るために、層611及び613として示される立方晶系
ペロブスカイト結晶構造層により、隣接する各一対が分
離されている、3個の層605、607及び609とし
て示される複数個のR1A2C3斜方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造層からなる重畳格子603が配置されてい
る。特に好ましい態様に於いて、R1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造層はそれぞれ高温超伝導性を示
す。
【0046】立方晶系ペロブスカイト結晶構造層が層5
07と同様であり、図解的に615及び617で示され
る電気結線が最も端のR1A2C3ペロブスカイト結晶
構造層に接続されているとき、重畳格子は一連の集積さ
れたジョゼフソン接合デバイスからなるデバイス600
の形態をとり得る。層605、611及び607が一つ
のジョゼフソン接合機能単位を形成し、他方、層60
7、613及び609が第二のジョゼフソン接合機能単
位を形成する。デバイス600は、単一機能単位スイッ
チに比較して増加したレベルの信頼性を提供する直列ス
イッチとして使用される。
07と同様であり、図解的に615及び617で示され
る電気結線が最も端のR1A2C3ペロブスカイト結晶
構造層に接続されているとき、重畳格子は一連の集積さ
れたジョゼフソン接合デバイスからなるデバイス600
の形態をとり得る。層605、611及び607が一つ
のジョゼフソン接合機能単位を形成し、他方、層60
7、613及び609が第二のジョゼフソン接合機能単
位を形成する。デバイス600は、単一機能単位スイッ
チに比較して増加したレベルの信頼性を提供する直列ス
イッチとして使用される。
【0047】特に意図される重畳格子には周期性重畳格
子が含まれる。用語「周期性重畳格子」は、同一で繰り
返された連続、例えば、斜方晶系ペロブスカイト層と立
方晶系ペロブスカイト層とが重畳格子の単位を形成し、
これが1回又はそれ以上、典型的には多数回同一で繰り
返されることを意味する。対称的な周期性重畳格子が特
に意図される。対称的周期性重畳格子は、同一で繰り返
された単位の層が同じ厚さであるもの、例えば、同一で
繰り返された単位が同じ厚さの立方晶系ペロブスカイト
結晶構造層と斜方晶系ペロブスカイト結晶構造層とから
なる周期性重畳格子である。
子が含まれる。用語「周期性重畳格子」は、同一で繰り
返された連続、例えば、斜方晶系ペロブスカイト層と立
方晶系ペロブスカイト層とが重畳格子の単位を形成し、
これが1回又はそれ以上、典型的には多数回同一で繰り
返されることを意味する。対称的な周期性重畳格子が特
に意図される。対称的周期性重畳格子は、同一で繰り返
された単位の層が同じ厚さであるもの、例えば、同一で
繰り返された単位が同じ厚さの立方晶系ペロブスカイト
結晶構造層と斜方晶系ペロブスカイト結晶構造層とから
なる周期性重畳格子である。
【0048】
【実施例】本発明の構成及び特性表示は下記の具体的な
実施例を参照することによって更に完全に理解できる。
頭文字語「XRD」及び「TEM」は、それぞれX線回
折及び透過型電子顕微鏡を示す。
実施例を参照することによって更に完全に理解できる。
頭文字語「XRD」及び「TEM」は、それぞれX線回
折及び透過型電子顕微鏡を示す。
【0049】実施例1:MgO上の立方晶系ペロブスカ
イト結晶構造体の薄いフィルム 標記フィルムを、レーザ融蝕沈着により単結晶マグネシ
ア(MgO)基体の{100}結晶面上に沈着した。
イト結晶構造体の薄いフィルム 標記フィルムを、レーザ融蝕沈着により単結晶マグネシ
ア(MgO)基体の{100}結晶面上に沈着した。
【0050】ターゲット物質はバルク多結晶YBa2C
u3O7−x高温超伝導物質の2.54cm直径の円板
であった。ターゲットを回転台の上に置き、真空チャン
バー内に入れた。沈着の間ターゲットの回転速度は6r
pmであった。
u3O7−x高温超伝導物質の2.54cm直径の円板
であった。ターゲットを回転台の上に置き、真空チャン
バー内に入れた。沈着の間ターゲットの回転速度は6r
pmであった。
【0051】単結晶MgO基体は2.5×1.3cmで
あり、ターゲットから5cm離れた抵抗加熱台の上に配
置した。MgO基体を、スプリングクリップ及び効率的
な熱移動を容易にするための加熱台と基体との間のシル
バー塗料熱移動層を使用して加熱台上に装着した。塗料
ベヒクルを熱分解するためと有機残渣のついた基体表面
を清浄にするために、沈着の前に、基体を台の上で予備
加熱した。この工程の間、基体ヒーターブロックを70
0℃に昇温し、この温度で5分間維持した。
あり、ターゲットから5cm離れた抵抗加熱台の上に配
置した。MgO基体を、スプリングクリップ及び効率的
な熱移動を容易にするための加熱台と基体との間のシル
バー塗料熱移動層を使用して加熱台上に装着した。塗料
ベヒクルを熱分解するためと有機残渣のついた基体表面
を清浄にするために、沈着の前に、基体を台の上で予備
加熱した。この工程の間、基体ヒーターブロックを70
0℃に昇温し、この温度で5分間維持した。
【0052】次いでチャンバーを5×10−4Torr
の圧力に排気し、次いで、ターゲットから20cm離れ
たところで測定して200mTorrの圧力になるまで
酸素を送気して再充填した。ガスを基体表面の方へ向け
る管を通して酸素を導入した。酸素流速を20sccm
に制御した。
の圧力に排気し、次いで、ターゲットから20cm離れ
たところで測定して200mTorrの圧力になるまで
酸素を送気して再充填した。ガスを基体表面の方へ向け
る管を通して酸素を導入した。酸素流速を20sccm
に制御した。
【0053】Lamba Physik 210iTM
(KrF)エキシマレーザからの248nmレーザビー
ムを、高反射性ミラー、500mm高純度融解石英レン
ズ及び同様の石英物質の真空チャンバー窓を経由してタ
ーゲットに向けた。レーザは、反復速度2Hz、パルス
幅約20ns及びパルスエネルギー400mJで操作し
た。ターゲット上のビームスポットサイズは、2J/c
m2近くで影響を与え、約2.5×8mmであった。
(KrF)エキシマレーザからの248nmレーザビー
ムを、高反射性ミラー、500mm高純度融解石英レン
ズ及び同様の石英物質の真空チャンバー窓を経由してタ
ーゲットに向けた。レーザは、反復速度2Hz、パルス
幅約20ns及びパルスエネルギー400mJで操作し
た。ターゲット上のビームスポットサイズは、2J/c
m2近くで影響を与え、約2.5×8mmであった。
【0054】ターゲットと基体との間に介在させたシャ
ッターを、基体上に物質が沈着することなしにターゲッ
トにレーザが当たるようにするために閉じた。レーザを
シャッターを開ける直前に150パルスで発光させて、
最高の可能な純度の物質がターゲットから利用できるこ
とを確実にする。
ッターを、基体上に物質が沈着することなしにターゲッ
トにレーザが当たるようにするために閉じた。レーザを
シャッターを開ける直前に150パルスで発光させて、
最高の可能な純度の物質がターゲットから利用できるこ
とを確実にする。
【0055】シャッターを開いて、基体の上にフィルム
を成長させるために合計で3000レーザパルスを使用
した。沈着の間、加熱基体台を560℃に維持した。3
000レーザパルス後、チャンバー内の酸素圧力を約1
70Torrに上げた。試料をこの環境に15分間維持
し、その後、基体台の加熱を中断した。試料を室温にま
で冷却し、次いで取り出した。
を成長させるために合計で3000レーザパルスを使用
した。沈着の間、加熱基体台を560℃に維持した。3
000レーザパルス後、チャンバー内の酸素圧力を約1
70Torrに上げた。試料をこの環境に15分間維持
し、その後、基体台の加熱を中断した。試料を室温にま
で冷却し、次いで取り出した。
【0056】沈着したフィルムは、光った黒色の外観を
有していた。室温4点プローブ抵抗測定で、シート抵抗
は約100オーム/□であった。フィルム厚さはプロフ
ィロメトリー(profilometry)により約3
000オングストロームであった。XRDは、フィルム
が{100}結晶学的表面を表す高度に整列した立方体
結晶構造であることを示していた。この試料及び同様に
好ましい試料のXRD及びTEMはまた、最初の僅かの
単位セル格子平面が、立方晶系ペロブスカイト結晶構造
の形成が始まる前に、R1A2C3斜方晶系ペロブスカ
イト結晶構造を示したことを示す、非常に薄い界面のR
1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を示した。
有していた。室温4点プローブ抵抗測定で、シート抵抗
は約100オーム/□であった。フィルム厚さはプロフ
ィロメトリー(profilometry)により約3
000オングストロームであった。XRDは、フィルム
が{100}結晶学的表面を表す高度に整列した立方体
結晶構造であることを示していた。この試料及び同様に
好ましい試料のXRD及びTEMはまた、最初の僅かの
単位セル格子平面が、立方晶系ペロブスカイト結晶構造
の形成が始まる前に、R1A2C3斜方晶系ペロブスカ
イト結晶構造を示したことを示す、非常に薄い界面のR
1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を示した。
【0057】実施例2:SrTiO3上の立方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造体の薄いフィルム 単結晶SrTiO3基体をMgO基体の代わりに置き換
えた他は、実施例1に記載したと同様にして薄いフィル
ムを製造した。沈着は{100}結晶面上に行った。
ブスカイト結晶構造体の薄いフィルム 単結晶SrTiO3基体をMgO基体の代わりに置き換
えた他は、実施例1に記載したと同様にして薄いフィル
ムを製造した。沈着は{100}結晶面上に行った。
【0058】製造された立方晶系ペロブスカイト結晶構
造体の薄いフィルムは、実施例1で観察されたものと同
様であったが、実施例1とは異なって、斜方晶系ペロブ
スカイト結晶構造体がXRD分析により検出されなかっ
た。イオンチャネリング測定は、整列した最少後方散乱
得率71%を有する、著しい結晶完成度を示した。
造体の薄いフィルムは、実施例1で観察されたものと同
様であったが、実施例1とは異なって、斜方晶系ペロブ
スカイト結晶構造体がXRD分析により検出されなかっ
た。イオンチャネリング測定は、整列した最少後方散乱
得率71%を有する、著しい結晶完成度を示した。
【0059】実施例3:MgO上の斜方晶系又は立方晶
系ペロブスカイト結晶構造体の薄いフィルムを得る際の
温度の影響 他に記載したこと以外は、使用した方法は実施例1の方
法と同様であった。加熱基体台温度は沈着の間700℃
に維持した。フィルムを成長させるために全部で150
0レーザパルスを使用した。操作の終わりに酸素の導入
を、700℃に維持した加熱基体台温度で行った。次い
で加熱した台を90分後に200℃に達する制御した速
度で冷却した。この時点で、基体台への熱の供給を中断
し、基体を冷却させた。
系ペロブスカイト結晶構造体の薄いフィルムを得る際の
温度の影響 他に記載したこと以外は、使用した方法は実施例1の方
法と同様であった。加熱基体台温度は沈着の間700℃
に維持した。フィルムを成長させるために全部で150
0レーザパルスを使用した。操作の終わりに酸素の導入
を、700℃に維持した加熱基体台温度で行った。次い
で加熱した台を90分後に200℃に達する制御した速
度で冷却した。この時点で、基体台への熱の供給を中断
し、基体を冷却させた。
【0060】薄いフィルムは、光った黒色の外観を有し
ていた。XRDは、フィルムが基体表面に垂直な単位セ
ルc軸を有する高度に配向したY1Ba2Cu3斜方晶
系ペロブスカイト結晶構造体であることを示していた。
ていた。XRDは、フィルムが基体表面に垂直な単位セ
ルc軸を有する高度に配向したY1Ba2Cu3斜方晶
系ペロブスカイト結晶構造体であることを示していた。
【0061】立方晶系ペロブスカイト結晶構造体を生じ
る実施例1の方法と、斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
体を生じる上記の方法との間の著しい差異は、実施例1
に於いては加熱台(従って基体)の温度を沈着の間56
0℃に維持し、他方、上記の方法に於いては加熱台の温
度を沈着の間700℃に維持したことであった。
る実施例1の方法と、斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
体を生じる上記の方法との間の著しい差異は、実施例1
に於いては加熱台(従って基体)の温度を沈着の間56
0℃に維持し、他方、上記の方法に於いては加熱台の温
度を沈着の間700℃に維持したことであった。
【0062】別の研究の間に、沈着の間の加熱台温度と
観察された薄いフィルム結晶構造との間の下記の関係が
観察された。
観察された薄いフィルム結晶構造との間の下記の関係が
観察された。
【0063】
【0064】525〜550℃の範囲内の温度で、無定
形と立方晶系ペロブスカイト相との混合物が観察され
た。625〜650℃の範囲内の温度で、立方晶系と斜
方晶系ペロブスカイト相との混合物が示された。
形と立方晶系ペロブスカイト相との混合物が観察され
た。625〜650℃の範囲内の温度で、立方晶系と斜
方晶系ペロブスカイト相との混合物が示された。
【0065】実施例4:立方晶系ペロブスカイトの薄い
フィルムの熱安定性 実施例1のフィルムと同様の立方晶系ペロブスカイトの
薄いフィルムを700℃に加熱し、次いでTEM分析に
より試験した。斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体への
転化の証拠は認められなかった。
フィルムの熱安定性 実施例1のフィルムと同様の立方晶系ペロブスカイトの
薄いフィルムを700℃に加熱し、次いでTEM分析に
より試験した。斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体への
転化の証拠は認められなかった。
【0066】800℃への加熱を行い、XRD分析を使
用した他は、上記の方法と類似の方法を繰り返したとこ
ろ、立方晶系ペロブスカイト結晶構造体が斜方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造体へ転化した証拠は認められなかっ
た。
用した他は、上記の方法と類似の方法を繰り返したとこ
ろ、立方晶系ペロブスカイト結晶構造体が斜方晶系ペロ
ブスカイト結晶構造体へ転化した証拠は認められなかっ
た。
【0067】実施例5:ジョゼフソン結合構造用の層配
置 この実施例は、ジョゼフソン結合構造の形成に必要な種
類の三層連続体の形成を示す。他に示した以外は実施例
1の方法を行った。沈着の間の酸素圧力は200mTo
rrであり、レーザパルスエネルギーは350mJであ
った。第一層を、700℃の加熱台及び800レーザパ
ルスを使用し、約800Åの第一層厚さを与えるように
形成した。この層は、実施例3に記載したものと同様の
斜方晶系ペロブスカイトY1Ba2Cu3単位セル結晶
構造を示した。第二層は、約200Åの厚さを有する立
方晶系ペロブスカイト結晶構造であった。第二層は実施
例1で製造した薄いフィルムと同様であった。第三層は
同様の結果を有する第一層と同様に形成した。
置 この実施例は、ジョゼフソン結合構造の形成に必要な種
類の三層連続体の形成を示す。他に示した以外は実施例
1の方法を行った。沈着の間の酸素圧力は200mTo
rrであり、レーザパルスエネルギーは350mJであ
った。第一層を、700℃の加熱台及び800レーザパ
ルスを使用し、約800Åの第一層厚さを与えるように
形成した。この層は、実施例3に記載したものと同様の
斜方晶系ペロブスカイトY1Ba2Cu3単位セル結晶
構造を示した。第二層は、約200Åの厚さを有する立
方晶系ペロブスカイト結晶構造であった。第二層は実施
例1で製造した薄いフィルムと同様であった。第三層は
同様の結果を有する第一層と同様に形成した。
【0068】得られた3層薄フィルムのXRD分析は、
斜方晶系と立方晶系ペロブスカイト相の両方の存在を示
唆した。3.45MeVのHeイオンを使用するイオン
チャネリング測定は、フィルムを通して高い結晶完成度
を示した。表面で73%の、及び基体との界面の近くで
45%の最少後方散乱得率が見出され、これは基体界面
に近いほど結晶完成度が高く、フィルムを通して層のエ
ピタキシャル関係を示している。
斜方晶系と立方晶系ペロブスカイト相の両方の存在を示
唆した。3.45MeVのHeイオンを使用するイオン
チャネリング測定は、フィルムを通して高い結晶完成度
を示した。表面で73%の、及び基体との界面の近くで
45%の最少後方散乱得率が見出され、これは基体界面
に近いほど結晶完成度が高く、フィルムを通して層のエ
ピタキシャル関係を示している。
【0069】実施例6:重畳格子構造 この実施例は重畳格子構造の形成を示す。他に示した以
外は、実施例1の方法を行った。多層構造は、斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造体と立方晶系ペロブスカイト結
晶構造体との交互層で構築した。斜方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造体は700℃の加熱基体台温度を使用して形
成され、立方晶系ペロブスカイト結晶構造体は560℃
の加熱基体台温度を使用して形成した。沈着連続は、3
00レーザパルスにより形成される斜方晶系ペロブスカ
イト層で始まった。次いで基体温度を下げ、第二立方晶
系ペロブスカイト結晶構造層を150レーザパルスによ
り形成した。次いで加熱台温度を700℃に上昇させ
て、150レーザパルスを使用して第三斜方晶系ペロブ
スカイト結晶構造層を形成した。温度を560℃と70
0℃との間で変え、25、50又は100レーザパルス
を使用することによって、更に10層を形成した。最終
的に、最後の立方晶系ペロブスカイト結晶構造体は80
0レーザパルスを使用して形成した。各パルスはほぼ1
Åの層厚さを作ることが分かった。XRD分析は、多層
フィルム中に斜方晶系と立方晶系ペロブスカイト結晶構
造体との両方の存在を示した。イオンチャネリング研究
は、エピタキシャル関係が構造全体を通して維持されて
いたことを示した。同様に好ましい重畳格子に於いて、
TEM分析は斜方晶系ペロブスカイト層と立方晶系ペロ
ブスカイト層との間の断裂した境界を示した。
外は、実施例1の方法を行った。多層構造は、斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造体と立方晶系ペロブスカイト結
晶構造体との交互層で構築した。斜方晶系ペロブスカイ
ト結晶構造体は700℃の加熱基体台温度を使用して形
成され、立方晶系ペロブスカイト結晶構造体は560℃
の加熱基体台温度を使用して形成した。沈着連続は、3
00レーザパルスにより形成される斜方晶系ペロブスカ
イト層で始まった。次いで基体温度を下げ、第二立方晶
系ペロブスカイト結晶構造層を150レーザパルスによ
り形成した。次いで加熱台温度を700℃に上昇させ
て、150レーザパルスを使用して第三斜方晶系ペロブ
スカイト結晶構造層を形成した。温度を560℃と70
0℃との間で変え、25、50又は100レーザパルス
を使用することによって、更に10層を形成した。最終
的に、最後の立方晶系ペロブスカイト結晶構造体は80
0レーザパルスを使用して形成した。各パルスはほぼ1
Åの層厚さを作ることが分かった。XRD分析は、多層
フィルム中に斜方晶系と立方晶系ペロブスカイト結晶構
造体との両方の存在を示した。イオンチャネリング研究
は、エピタキシャル関係が構造全体を通して維持されて
いたことを示した。同様に好ましい重畳格子に於いて、
TEM分析は斜方晶系ペロブスカイト層と立方晶系ペロ
ブスカイト層との間の断裂した境界を示した。
【0070】
【発明の効果】本発明は、新規な結晶構造体を提供す
る、当該技術分野の状態での進歩を表す。更に特に、本
発明は、高温超伝導性を示すことが知られているものの
ような、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
体中に含有される同じ元素を含有し得る新規な結晶構造
体を提供する。この新規な結晶構造体は、重畳格子及び
ジョゼフソン接合デバイスの弱いリンクを形成する際の
有用性を有する。
る、当該技術分野の状態での進歩を表す。更に特に、本
発明は、高温超伝導性を示すことが知られているものの
ような、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
体中に含有される同じ元素を含有し得る新規な結晶構造
体を提供する。この新規な結晶構造体は、重畳格子及び
ジョゼフソン接合デバイスの弱いリンクを形成する際の
有用性を有する。
【0071】本発明の具体的な利点は、新規な結晶構造
体がR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体と
非常に調和性であることである。この新規な結晶構造体
の単位セル軸は、対応するR1A2C3斜方晶系ペロブ
スカイト結晶構造体の単位セル短軸とよく一致してい
る。このことは、新規な結晶構造のR1A2C3斜方晶
系ペロブスカイト結晶構造体上へのエピタキシャル沈着
と、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体の
エピタキシャル沈着のための基体としての新規な結晶構
造の使用との両方を容易にする。
体がR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体と
非常に調和性であることである。この新規な結晶構造体
の単位セル軸は、対応するR1A2C3斜方晶系ペロブ
スカイト結晶構造体の単位セル短軸とよく一致してい
る。このことは、新規な結晶構造のR1A2C3斜方晶
系ペロブスカイト結晶構造体上へのエピタキシャル沈着
と、R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体の
エピタキシャル沈着のための基体としての新規な結晶構
造の使用との両方を容易にする。
【0072】本発明の新規な結晶構造体は、高温超伝導
性を示すR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
体と組み合わせて使用したとき顕著な利点を提供する。
この新規な結晶構造体は高T0 R1A2C3結晶構造
体に見出されるものと同様の比率で同じ元素を使用する
ことができるので、高温処理の間に隣接するR1A2C
3結晶構造体の伝導性を低下させる危険が避けられる。
比較により、半導体性プラセオジムR1A2C3斜方晶
系ペロブスカイト結晶構造体を高T0 R1A2C3結
晶構造体と組み合わせて使用したとき、隣接する超伝導
性結晶構造体の伝導度特性を低下させる、高温処理工程
の間に隣接する超伝導体中へのプラセオジムの泳動の顕
著な危険がある。
性を示すR1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
体と組み合わせて使用したとき顕著な利点を提供する。
この新規な結晶構造体は高T0 R1A2C3結晶構造
体に見出されるものと同様の比率で同じ元素を使用する
ことができるので、高温処理の間に隣接するR1A2C
3結晶構造体の伝導性を低下させる危険が避けられる。
比較により、半導体性プラセオジムR1A2C3斜方晶
系ペロブスカイト結晶構造体を高T0 R1A2C3結
晶構造体と組み合わせて使用したとき、隣接する超伝導
性結晶構造体の伝導度特性を低下させる、高温処理工程
の間に隣接する超伝導体中へのプラセオジムの泳動の顕
著な危険がある。
【0073】本発明は、高T0 R1A2C3結晶構造
と組み合わせて使用されるプラセオジム含有層に追加の
利点を与える。本発明の実施に於いて、沈着のために単
一原料物質を使用して、超伝導性R1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造体を含有する重畳格子及びジョ
ゼフソン接合デバイスを形成することが可能である。特
に、超伝導性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶
構造層及び本発明の新規な結晶構造体を含有する層の両
方を製造するための原料として、超伝導性R1A2C3
斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体の希土類、アルカリ
土類及び銅の化学量論量を有する、希土類アルカリ土類
銅酸化物の全てを使用することが可能である。
と組み合わせて使用されるプラセオジム含有層に追加の
利点を与える。本発明の実施に於いて、沈着のために単
一原料物質を使用して、超伝導性R1A2C3斜方晶系
ペロブスカイト結晶構造体を含有する重畳格子及びジョ
ゼフソン接合デバイスを形成することが可能である。特
に、超伝導性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶
構造層及び本発明の新規な結晶構造体を含有する層の両
方を製造するための原料として、超伝導性R1A2C3
斜方晶系ペロブスカイト結晶構造体の希土類、アルカリ
土類及び銅の化学量論量を有する、希土類アルカリ土類
銅酸化物の全てを使用することが可能である。
【図1】R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造
体の単位セルの模式図である。
体の単位セルの模式図である。
【図2】立方晶系ペロブスカイト結晶構造体の単位セル
の模式図である。
の模式図である。
【図3】本発明による物品の模式図である。
【図4】本発明による物品の模式図である。
【図5】本発明による物品の模式図である。
【図6】本発明による物品の模式図である。
R…希土類 A…アルカリ土類 C…銅 1…第一金属原子 2…第二金属原子 301…基体 303…立方晶系ペロブスカイト層 401…基体 403…斜方晶系ペロブスカイト層 405…立方晶系ペロブスカイト層 500…ジョゼフソン接合デバイス 501…基体 503…斜方晶系ペロブスカイト層 505…リード 507…立方晶系ペロブスカイト層 509…斜方晶系ペロブスカイト層 511…リード 600…デバイス 601…基体 603…重畳格子 605…斜方晶系ペロブスカイト層 611…立方晶系ペロブスカイト層 607…斜方晶系ペロブスカイト層 613…立方晶系ペロブスカイト層 609…斜方晶系ペロブスカイト層 615…リード 617…リード
Claims (2)
- 【請求項1】 式: R0.33+zA0.67C1−y O3−x の単位セル(式中、R、A及びCは、それぞれ、超伝導
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、 xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、zは
0.1以下であり、そして、Rは、スカンジウム、イッ
トリウム並びにセリウム、プラセオジム、プロメチウム
及びテルビウム以外のランタノイド希土類元素の少なく
とも一種を含む)を満足する立方晶系ペロブスカイト結
晶構造体。 - 【請求項2】 超伝導性R1A2C3斜方晶系ペロブス
カイト結晶構造の希土類、アルカリ土類及び銅の化学量
論量を示す、希土類アルカリ土類銅酸化物の物体をレー
ザで処理して、希土類アルカリ土類銅酸化物の一部を融
蝕し、そして、 加熱台の上に置いた基板上に、融蝕した希土類、アルカ
リ土類及び銅を酸素と共に凝縮させることを含んでなる
レーザー融蝕付着による希土類アルカリ土類銅結晶構造
体の形成方法において、 加熱台の温度を、結晶を形成させるために十分である
が、超伝導性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶
構造の形成のために必要な最少温度よりも低い範囲に維
持して、立方晶系ペロブスカイト結晶構造を含む層を、
式: R0.33+zA0.67C1−y O3−x の単位セル(式中、R、A及びCは、それぞれ、超伝導
性R1A2C3斜方晶系ペロブスカイト結晶構造を形成
し得る、希土類原子、アルカリ土類原子及び銅原子を表
し、 xは0.67〜1であり、yは0.2以下であり、zは
0.1以下であり、そして、Rは、スカンジウム、イッ
トリウム並びにセリウム、プラセオジム、プロメチウム
及びテルビウム以外のランタノイド希土類元素の少なく
とも1種を含む)を満足するように製造することを特徴
とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US532479 | 1990-06-04 | ||
US07/532,479 US5128316A (en) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | Articles containing a cubic perovskite crystal structure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05345613A true JPH05345613A (ja) | 1993-12-27 |
Family
ID=24121992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3229811A Pending JPH05345613A (ja) | 1990-06-04 | 1991-06-04 | 立方晶系ペロブスカイト結晶構造体及び該結晶構造の製造方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5128316A (ja) |
EP (1) | EP0461050B1 (ja) |
JP (1) | JPH05345613A (ja) |
CA (1) | CA2043710A1 (ja) |
DE (1) | DE69115129T2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014069481A1 (ja) * | 2012-11-02 | 2014-05-08 | 古河電気工業株式会社 | 酸化物超電導薄膜 |
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1990
- 1990-06-04 US US07/532,479 patent/US5128316A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-05-29 EP EP91420170A patent/EP0461050B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-29 DE DE69115129T patent/DE69115129T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-05-31 CA CA002043710A patent/CA2043710A1/en not_active Abandoned
- 1991-06-04 JP JP3229811A patent/JPH05345613A/ja active Pending
- 1991-12-31 US US07/815,214 patent/US5241191A/en not_active Expired - Fee Related
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DE69115129D1 (de) | 1996-01-18 |
US5128316A (en) | 1992-07-07 |
DE69115129T2 (de) | 1996-08-08 |
US5241191A (en) | 1993-08-31 |
EP0461050B1 (en) | 1995-12-06 |
EP0461050A1 (en) | 1991-12-11 |
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