JPH06144997A - 銅酸化物超電導体及びその製造方法 - Google Patents

銅酸化物超電導体及びその製造方法

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JPH06144997A
JPH06144997A JP4302127A JP30212792A JPH06144997A JP H06144997 A JPH06144997 A JP H06144997A JP 4302127 A JP4302127 A JP 4302127A JP 30212792 A JP30212792 A JP 30212792A JP H06144997 A JPH06144997 A JP H06144997A
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JP
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copper
infinite
thin layers
thin film
electric conductor
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JP4302127A
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English (en)
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Hideaki Adachi
秀明 足立
Toshifumi Sato
利文 佐藤
Hiroshi Ichikawa
洋 市川
Kentaro Setsune
謙太郎 瀬恒
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 銅酸素面無限枚構造体からなる薄膜層と、電
気伝導体からなる薄膜層との積層構造とすることによ
り、新規な無限枚関連構造の銅酸化物超電導体を得る。 【構成】 チタン酸ストロンチウム(SrTiO3
(100)面基体11上に、銅酸素面無限枚構造体であ
るSrCuO2 薄膜層12と、電気伝導体であるニオブ
添加のチタン酸ストロンチウム(Nb;SrTiO3
薄膜層13との積層膜を作製する。薄膜の形成にはスパ
ッタリング蒸着法を用い、積層を行うために、2元の高
周波マグネトロンスパッタ装置を使用する。スパッタタ
ーゲットとしては、SrCuO2 薄膜層12用に組成S
1 Cu1.2 1.5 の複合酸化物を、Nb;SrTiO
3 薄膜層13用に組成Nb0.02Sr1 Ti1.3 2.5
複合酸化物を、それぞれ直径60mmの円盤状に成形し
たものを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、銅酸化物超電導体及び
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】銅酸化物超電導体としては、ミューラー
(Muller)等による最初の報告以来、多種の物質が発見
されている。これらの物質において、超電導電流は結晶
構造中の銅酸素面(CuO2 面)を流れるものと考えら
れている。また、この銅酸素面だけからなる物質(AC
uO2 )の存在も確認されている。結晶構造は、銅酸素
面がA元素を間に介在させて何重にも積み重なった単純
なものであり、無限枚構造とも呼ばれている。ここで、
A元素は、少なくとも1種以上のアルカリ土類元素を主
成分とする元素である。
【0003】従来、無限枚構造物質は超電導を示さない
と考えられていたが、最近、無限枚関連構造物質におい
ても超電導性が確認されている[高野 等,フィジカ
(Physica )C, Vol.176, 441-444 (1991)) ]。そし
て、この種の物質においては、超電導臨界温度がさらに
上がる可能性があり、実用化に向けて期待されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、銅酸化物超電
導体はその超電導機構が明らかではなく、どのような結
晶構造を採った場合に超電導が出現するのか判っていな
い。特に、無限枚構造超電導体においては、現在のとこ
ろ超電導を示す結晶相が確定されておらず、新しい銅酸
化物超電導体の探索は手詰りの状態にある。
【0005】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たものであり、新規な無限枚関連構造の銅酸化物超電導
体及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る銅酸化物超電導体は、銅酸素面無限枚
構造体からなる薄膜層と、電気伝導体からなる薄膜層と
の積層構造を有するという構成を備えたものである。
【0007】前記構成においては、電気伝導体がペロブ
スカイト類型構造の酸化物であることが好ましい。ま
た、本発明に係る銅酸化物超電導体の製造方法は、銅酸
素面無限枚構造体からなる薄膜層と電気伝導体からなる
薄膜層とを、イオン衝撃蒸着法によって積層形成するも
のである。
【0008】前記本発明方法の構成においては、電気伝
導体がペロブスカイト類型構造の酸化物であることが好
ましい。また、前記本発明方法の構成においては、イオ
ン衝撃蒸着法がスパッタリング蒸着法であることが好ま
しい。
【0009】
【作用】前記した本発明の構成によれば、新規な無限枚
関連構造の銅酸化物超電導体を種々の物質の組合せで作
製することができ、材料の多様性に富んだより高い超電
導臨界温度の実現が可能となる。
【0010】本発明の構成において、電気伝導体がペロ
ブスカイト類型構造の酸化物であるという好ましい構成
によれば、電気伝導体層と銅酸素面無限枚構造体層との
化学的及び結晶学的な相性が良く、その結果、界面に析
出物を作ることなく両者を良好に接合して積層膜を形成
することができる。
【0011】また、本発明方法の構成によれば、等価的
エネルギーを高くすることができるので、非平衡的な構
造たる無限枚構造体も容易に合成することが可能とな
り、その結果、本発明に係る銅酸化物超電導体を、効率
良く合理的に作製することができる。
【0012】本発明方法の構成において、イオン衝撃蒸
着法がスパッタリング蒸着法であるという好ましい構成
によれば、比較的簡便な装置で容易に無限枚構造体層を
合成し積層膜を作製することができる。
【0013】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。本発明者等は、銅酸素面無限枚構造体(A
CuO2 )と電気伝導体とを積層した場合、この物質が
超伝導性を示すことを見い出した。ここで、銅酸素面無
限枚構造体(ACuO2 )は、銅酸素面(CuO2 面)
がA元素を間に介在させて何重にも積み重なった構造を
している。尚、A元素は、少なくとも1種以上のアルカ
リ土類元素を主成分とする元素である。この構成によっ
て超電導が出現する理由は、銅酸化物超電導体の発現機
構が判っていないため定かではないが、電気伝導体層の
電荷担体が銅酸素面無限枚構造体層の銅酸素面に染み出
していき、そこが超電導を起こすものと考えられる。
【0014】以下に具体的実施例を挙げて、本発明をよ
り詳細に説明する。 (実施例1)チタン酸ストロンチウム(SrTiO3
(100)面基体(以下、基体という)上に、銅酸素面
無限枚構造体であるSrCuO2 薄膜と、電気伝導体で
あるニオブ添加のチタン酸ストロンチウム(Nb;Sr
TiO3 )薄膜との積層膜を作製した。電気伝導体層の
材料たるNb;SrTiO3 は、純粋なペロブスカイト
型構造の酸化物であり、結晶構造中の主要部分がペロブ
スカイト型構造からなるペロブスカイト類型構造の一種
である。
【0015】薄膜の形成には、イオン衝撃蒸着法の1種
であるスパッタリング蒸着法を用い、積層を行うため
に、2元の高周波マグネトロンスパッタ装置を使用し
た。スパッタターゲットとしては、SrCuO2 薄膜用
に組成Sr1 Cu1.2 1.5 の複合酸化物を、Nb;S
rTiO3 薄膜用に組成Nb0.02Sr1 Ti1.3 2.5
の複合酸化物を、それぞれ直径60mmの円盤状に成形
したものを用いた。
【0016】前記基体を580℃に加熱し、アルゴンガ
ス5Paの雰囲気中で各スパッタターゲットのスパッタ
リングを行った。そして、基体を各ターゲットに対向す
るように周期的に移動させて、基体上に周期的積層膜を
作製した。尚、スパッタ電力は60Wである。
【0017】ところで、無限枚構造体は通常不安定な物
質であるために合成が困難であるが、このイオン衝撃蒸
着法を用いると、良好に作製でき、積層が可能であっ
た。従来、無限枚構造体は数万気圧以上の超高圧焼成で
しか生成し得なかったが、イオン衝撃蒸着では等価的エ
ネルギーが高くなるので、この種の非平衡的な構造も合
成が可能となり積層できたものと考えられる。特に、本
実施例1のようにスパッタリング蒸着法を用いれば、比
較的簡便な装置で容易に無限枚構造体層を合成し積層膜
を作製することができる。
【0018】図1に、上記のようにして作製した積層膜
の断面構造を示す。基体11上に銅酸素面無限枚構造体
であるSrCuO2 薄膜層12と電気伝導体であるN
b;SrTiO3 薄膜層13とが交互に積層された構造
となっている。分析の結果、両薄膜のc軸は基体に対し
て垂直に配向し、各々の層はエピタキシャル成長してい
ることが確認された。ここで、SrCuO2 薄膜層12
の膜厚は10オングストローム、Nb;SrTiO3
膜層13の膜厚は16オングストロームであり、20サ
イクル積層した結果、積層膜全体の膜厚は520オング
ストロームである。
【0019】この積層膜の抵抗率を直流4端子法で測定
した。室温では0.01Ω・cmであり、純粋な銅酸素
面無限枚構造体であるSrCuO2 薄膜の値に比して2
桁程度低くなっている。
【0020】図2に、抵抗率の温度依存性を示す。図2
に示すように、この積層膜は、約30ケルビンで超電導
転移を示すことが確認された。単一の銅酸化物無限枚構
造体であるSrCuO2 薄膜は抵抗が高く半導体的な挙
動を示し、単一のNb;SrTiO3 薄膜は抵抗が低く
金属的な挙動を示すが、液体ヘリウム温度(4.2ケル
ビン)以上では超電導転移を示さないことを考えると、
30ケルビンという高い温度での超電導転移は、積層構
造を採ることによって初めて実現した特性であると考え
られる。
【0021】(実施例2)チタン酸ストロンチウム(S
rTiO3 )(100)面基体(以下、基体という)上
に、銅酸素面無限枚構造体である(Sr0.5 Ca0.5
CuO2 薄膜と、電気伝導体である(La0.8
0.2 2 CuO4 薄膜との積層膜を作製した。(La
1-x Srx 2 CuO4 は、ペロブスカイト類型構造で
あるK2 NiF4型の物質で、Sr量xが0.05<x
<0.15の範囲では超電導性を示すが、x=0.2で
はもはや超電導体とはならず、金属的な挙動の電気伝導
体である。
【0022】本実施例2においても、2元高周波マグネ
トロンスパッタ装置を用いて積層膜を作製した。スパッ
タターゲットとしては、(Sr0.5 Ca0.5 )CuO2
薄膜用に組成Sr0.5 Ca0.5 Cu1.2 1.5 の複合酸
化物を、(La0.8 Sr0.22 CuO4 薄膜用に組成
(La0.8 Sr0.2 2 Cu1.1 4 の複合酸化物を、
それぞれ直径60mmの円盤状に成形したものを用い
た。
【0023】基体を580℃に加熱し、アルゴン・酸素
(1:1)混合雰囲気5Paのガス中で各スパッタター
ゲットのスパッタリングを行った。そして、基体を各タ
ーゲットに対向するように周期的に移動させて、基体上
に周期的積層膜を作製した。尚、スパッタ電力は60W
である。この場合にも、両薄膜のc軸は基体に対して垂
直に配向し、各々の層はエピタキシャル成長しているこ
とが確認された。(Sr0.5 Ca0.5 )CuO2 薄膜層
の膜厚は10オングストローム、(La0.8 Sr0.2
2 CuO4 薄膜層の膜厚は25オングストロームであ
り、14サイクル積層した結果、積層膜全体の膜厚は約
500オングストロームである。
【0024】この積層膜における抵抗率の温度依存性を
測定したところ、約60ケルビンで超電導転移を示すこ
とが確認された。両方の薄膜は単独では超電導特性を示
さないことから、60ケルビンという高い温度での超電
導転移は、積層構造を採ることによって初めて実現した
特性であると考えられる。
【0025】尚、電気伝導体の材料としては、銅酸素面
無限枚構造体との化学的及び結晶学的な相性を良くし、
界面に析出物を作ることなく両者を良好に接合できる点
から、上記各実施例1、2に記載したような、Nb;S
rTiO3 や(La0.8 Sr 0.2 2 CuO4 等のペロ
ブスカイト類型構造の酸化物が好ましいが、必ずしもこ
の構造のものに限定されるものではなく、例えば、白金
やNaCl型構造物質のTiO等を用いても同様の物性
を有する銅酸化物超電導体を作製することができる。
【0026】また、上記各実施例においては、銅酸素面
無限枚構造体薄膜と電気伝導体薄膜とを積層形成する手
段として、スパッタリング蒸着法を用いているが、必ず
しもこの方法に限定されるものではなく、イオン衝撃蒸
着法であれば、例えば、電子ビーム蒸着法やイオンプレ
ーティング法であっても構わない。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
新規な無限枚関連構造の銅酸化物超電導体を種々の物質
の組合せで作製することができ、材料の多様性に富んだ
より高い超電導臨界温度の実現が可能となるので、工業
的価値が大きい。また、本発明の構成において、電気伝
導体がペロブスカイト類型構造の酸化物であるという好
ましい構成によれば、電気伝導体層と銅酸素面無限枚構
造体層との化学的及び結晶学的な相性が良く、その結
果、界面に析出物を作ることなく両者を良好に接合して
積層膜を形成することができる。
【0028】また、本発明方法によれば、等価的エネル
ギーを高くすることができるので、非平衡的な構造たる
無限枚構造体も容易に合成することが可能となり、その
結果、本発明に係る銅酸化物超電導体を、効率良く合理
的に作製することができる。また、本発明方法の構成に
おいて、イオン衝撃蒸着法がスパッタリング蒸着法であ
るという好ましい構成によれば、比較的簡便な装置で容
易に無限枚構造層を合成し積層膜を作製することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る銅酸化物超電導体の一実施例を示
す断面構造図である。
【図2】本発明に係る銅酸化物超電導体の一実施例の抵
抗率の温度特性図である。
【符号の説明】
11 SrTiO3 (100)面基体 12 SrCuO2 薄膜層 13 Nb;SrTiO3 薄膜層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬恒 謙太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 銅酸素面無限枚構造体からなる薄膜層
    と、電気伝導体からなる薄膜層との積層構造を有する銅
    酸化物超電導体。
  2. 【請求項2】 電気伝導体がペロブスカイト類型構造の
    酸化物である請求項1に記載の銅酸化物超電導体。
  3. 【請求項3】 銅酸素面無限枚構造体からなる薄膜層と
    電気伝導体からなる薄膜層とを、イオン衝撃蒸着法によ
    って積層形成する銅酸化物超電導体の製造方法。
  4. 【請求項4】 電気伝導体がペロブスカイト類型構造の
    酸化物である請求項3に記載の銅酸化物超電導体の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 イオン衝撃蒸着法がスパッタリング蒸着
    法である請求項3に記載の銅酸化物超電導体の製造方
    法。
JP4302127A 1992-11-12 1992-11-12 銅酸化物超電導体及びその製造方法 Pending JPH06144997A (ja)

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