JPH06305728A - 超伝導体およびその製造方法 - Google Patents

超伝導体およびその製造方法

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JPH06305728A
JPH06305728A JP5090293A JP9029393A JPH06305728A JP H06305728 A JPH06305728 A JP H06305728A JP 5090293 A JP5090293 A JP 5090293A JP 9029393 A JP9029393 A JP 9029393A JP H06305728 A JPH06305728 A JP H06305728A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】主成分が、鉛、水銀、アルカリ土類元素、銅、
酸素で構成することにより、再現性よく合成が可能な新
規の水銀を含む酸化物超伝導体を提供する。 【構成】スパッタリング法、分子線エピタキシー法、加
熱蒸着法などを用いて主成分がPb0.5 Hg0.5 2
uO4+x (A元素は1種以上のアルカリ土類元素を示
し、xは−1<x<1の範囲)なる化学式で表わされ、
CuO6 八面体を含むペロブスカイト層A2 CuO4
鉛元素と水銀元素を主成分とする1原子層で挟まれた結
晶構造を持つ超伝導体を形成する。例えば化学組成は約
Pb0.5 Hg0.5 Ba2 CuO4+x (1<x<1) の結晶構造
は、CuO6 8面体21とBa元素22からなるペロブスカ
イト構造の層23を、水銀と鉛元素からなる1原子層24が
挟んだ構造をとる。このペロブスカイト類型化合物の電
気抵抗率は室温で1mΩcmと低く、低温の80ケルビンで
超伝導転移によると思われる抵抗ドロップをみせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な銅酸化物超電導
体およびその製造方法に関するものである。さらに詳し
くは、超伝導特性の再現性に優れた銅酸化物超電導体お
よびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高温超伝導体として、ミュラー等により
ペロブスカイト類型構造の酸化物超伝導体が発見された
後、種々の化学組成を持つペロブスカイト類型構造の酸
化物系で超伝導性の確認が為された。主成分に水銀を含
む物質(Hg−Ba−R−Ca−Cu−O, R:希土類
元素)においてもペロブスカイト類型構造を取ることが
見い出されたが、この系の物質で超伝導性は得られてい
ない[S. N. Putilin (プチリン) 他, マテリアルズ
・リサーチ・ブリティン (Materials Research Bulleti
n), Vol.26, p.1299 (1991) ]。その後、この系の物質
のHg- Ba- Cu- O化合物が超伝導性を示すことが
発見された[S. N. Putilin (プチリン)他, ネイチャ
ー (Nature), Vol.362, p.226 (1993)]。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この水
銀を含むペロブスカイト類型物質は、水銀元素の蒸気圧
が高いこともあって安定に得にくく、カプセルに封入し
て焼成する必要があるなど合成法も複雑であった。従っ
てよい超伝導特性を再現性よく得るのに難があり、この
系の物質の合成上の欠点が問題となっていた。
【0004】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、構造がより安定で合成が容易であり、かつ超伝導特
性の再現性に優れた酸化物超電導体およびその製造方法
を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の超伝導体は、主成分が、鉛、水銀、アルカ
リ土類元素、銅、酸素で構成されたというものである。
【0006】前記構成においては、主成分が、Pb0.5
Hg0.5 2 CuO4+x (ただし、A元素は1種以上の
アルカリ土類元素を示し、xは−1<x<1の範囲の数
値)なる化学式で表わされ、CuO6 八面体を含むペロ
ブスカイト層A2 CuO4 が、鉛元素と水銀元素を主成
分とする1原子層で挟まれた結晶構造を持つことが好ま
しい。
【0007】また前記構成においては、アルカリ土類元
素Aが、バリウム(Ba)であることが好ましい。また
前記構成においては、主成分が、Pb0.5 Hg0.5 3
Cu2 6+x (ただし、A元素は1種以上のアルカリ土
類元素を示し、xは−1<x<1の範囲の数値)なる化
学式で表わされ、A元素の1原子層を介して向かい合っ
た2つのCuO5 ピラミッドを含む酸素欠損ペロブスカ
イト層A3 Cu2 6 が、鉛元素と水銀元素を主成分と
する1原子層で挟まれた結晶構造を持つことが好まし
い。
【0008】また前記構成においては、アルカリ土類元
素Aが、バリウムとカルシウムの組合せであり、Pb
0.5 Hg0.5 Ba2 CaCu2 6+x なる化学式で表わ
されることが好ましい。
【0009】また前記構成においては、アルカリ土類元
素Aが、ストロンチウムとカルシウムの組合せであり、
Pb0.5 Hg0.5 Sr2 CaCu2 6+x なる化学式で
表わされることが好ましい。
【0010】次に本発明の超伝導体の製造方法は、鉛と
水銀を主成分とした1原子層と、アルカリ土類元素と銅
からなるペロブスカイト酸化物層とを、分子堆積法によ
り交互に積層して分子の積層体を形成するという構成を
備えたものである。
【0011】
【作用】これまでの水銀を含むペロブスカイト類型酸化
物(Hg−Ba−R−Ca−Cu−O化合物あるいはH
g−Ba−Cu−O超伝導体)は、ペロブスカイト構造
の層を水銀元素あるいはこれに酸素を付加した1原子層
が挟んだ構造を持つと考えられている。水銀は融点が低
く蒸気圧が高い元素であるので、前記構造を安定に得る
のは容易ではないと推察される。
【0012】本発明は、鉛、水銀、アルカリ土類元素お
よび銅からなるペロブスカイト類型酸化物で、ペロブス
カイト構造の層を水銀と鉛元素またはこれに酸素を付加
した1原子層が挟んだ構造からなると考えられる。すな
わちペロブスカイト層を挟む原子層に、水銀に加えて鉛
が入ることにより、構造がより安定になり合成が容易に
なった。従って超伝導特性の再現性も、本発明のように
水銀に加えて鉛を同時に含ませることにより向上をみせ
た。
【0013】またこの構造は特に薄膜の形態にすると作
製し易いことが判ったが、鉛と水銀の層と、アルカリ土
類元素と銅のペロブスカイト酸化物層との交互積層が非
常に有効であった。積層法で酸化物超伝導体を作製する
方法は幾つかの物質で試みられているが、どういう成分
の層を積層させるかは各物質で異なり、新規物質では実
際に実験で最適な積層を検討する必要がある。本発明者
等は本発明の新規の超伝導体について種々の積層法を検
討した結果、ペロブスカイト層と、鉛および水銀の層と
で交互に積層を行えば、再現性よく作製が行えることを
確認した。
【0014】
【実施例】
実施例1 図1に示す2元スパッタ装置により、本実施例の超伝導
体の薄膜作製を行った。ターゲットの一方は、酸化水銀
と酸化鉛を混合して円盤状に成形したターゲット11で
あり、もう一方はBa2 CuO3 の焼結円盤ターゲット
12を用いた。基板13にはMgO単結晶(100)面
を用いた。ターゲットと基板間にはシャッター14を配
置させ、この回転により片方のターゲットが選択されて
スパッタ蒸着が行われる。アルゴンガス3Paの雰囲気
中でスパッタリングし、ヒーター15により550℃に
加熱された基板上にシャッター制御を行って交互に積層
を行った。シャッターの回転を、ちょうど鉛と水銀を主
体とした層1原子層、およびBaとCuのペロブスカイ
ト酸化物1分子層が堆積するように制御した時、ペロブ
スカイト類型構造の層状化合物が得られることが判っ
た。シャッターを用いずに2つのターゲットの成分を同
時に蒸着した場合にもペロブスカイト類型構造物質が得
られることがあったが、再現性ははるかに低いものであ
った。この化合物を詳細に分析した結果、化学組成は約
Pb0.5 Hg0.5 Ba2 CuO4+x (1<x<1) となってお
り、結晶構造は図2に示す構造をとることが判った。す
なわち、CuO6 8面体21とBa元素22からなるペ
ロブスカイト構造の層23を、水銀と鉛元素からなる1
原子層24が挟んだ構造をとると考えられる。このよう
にして作製したペロブスカイト類型化合物の電気抵抗率
は室温で1mΩcmと低く、低温の80ケルビンで超伝導
転移によると思われる抵抗ドロップをみせた。すなわち
Pb0.5 Hg0.5 Ba2 CuO4+x は新しい超伝導体で
あることが確認された。なお、ここではスパッタリング
を例として説明したが、分子線エピタキシー法、加熱蒸
着法などを用いても同様に形成できることは勿論であ
る。
【0015】実施例2 同様の装置により、酸化水銀と酸化鉛のターゲットと、
Sr2 CaCu2 5のターゲットを用いて、スパッタ
リングによる積層を行った。交互積層の周期を、ちょう
ど鉛と水銀を主体とした層1原子層、およびSr,Ca
とCuのペロブスカイト酸化物2分子層が堆積するよう
に制御した際、前実施例より軸長の長いペロブスカイト
類型構造の層状化合物が得られた。この化合物を詳細に
分析した結果、化学組成は約Pb0.5 Hg0.5 Sr2
aCu2 6+x (1<x<1) となっており、結晶構造は図3
に示す構造をとることが判った。すなわちCa元素1原
子層31を介して向かい合った2個のCuO5 ピラミッ
ド32およびSr元素33からなる酸素欠損ペロブスカ
イト層34を、水銀と鉛元素からなる1原子層24が挟
んだ構造をとる。この化合物の電気抵抗率の温度変化を
測定したところ、約90ケルビンで超伝導転移によると
思われる抵抗ドロップをみせた。すなわちPb0.5 Hg
0.5 Sr2 CaCu2 6+x は新しい超伝導体であるこ
とが確認された。
【0016】本実施例ではアルカリ土類元素の組合せと
してSrとCaを用いたが、これ以外のアルカリ土類元
素の組合せでも超伝導体が作製できること勿論である。
またペロブスカイト層の分子単位が3分子層以上からな
るペロブスカイト類型構造も同様に超伝導体となること
は容易に類推される。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明の超伝導体は、水銀
を含む酸化物超伝導体において、再現性よく合成可能な
新規の物質およびその製法を実現したものである。この
結果、水銀を含む酸化物超伝導体が安定に得られるよう
になり、実用上の使用も期待できるようになった。特に
この水銀を含む物質は、結晶構造が比較的単純なので薄
膜化にも向いている。従って、デバイス応用に有望な超
伝導材料を提供するもので、本発明の工業的価値は大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における超伝導体を作製する
装置の図。
【図2】本発明の一実施例で作製されたPb0.5 Hg
0.5 Ba2 CuO4+x 薄膜の結晶構造図。
【図3】本発明の一実施例で作製されたPb0.5 Hg
0.5 Sr2 CaCu2 6+x 薄膜の結晶構造図。
【符号の説明】
11 水銀と鉛の酸化物ターゲット 12 Ba2 CuO3 ターゲット 13 MgO基板 14 シャッター 15 ヒーター 21 CuO6 8面体ブロック層 22 Ba元素 23 ペロブスカイト構造層 24 水銀と鉛の1原子層 31 Ca元素1原子層 32 CuO5 ピラミッド 33 Sr元素 34 酸素欠損ペロブスカイト層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分が、鉛、水銀、アルカリ土類元
    素、銅、酸素で構成された超伝導体。
  2. 【請求項2】 主成分が、Pb0.5 Hg0.5 2 CuO
    4+x (ただし、A元素は1種以上のアルカリ土類元素を
    示し、xは−1<x<1の範囲の数値)なる化学式で表
    わされ、CuO6 八面体を含むペロブスカイト層A2
    uO4 が、鉛元素と水銀元素を主成分とする1原子層で
    挟まれた結晶構造を持つ請求項1に記載の超伝導体。
  3. 【請求項3】 アルカリ土類元素Aが、バリウム(B
    a)である請求項2に記載の超伝導体。
  4. 【請求項4】 主成分が、Pb0.5 Hg0.5 3 Cu2
    6+x (ただし、A元素は1種以上のアルカリ土類元素
    を示し、xは−1<x<1の範囲の数値)なる化学式で
    表わされ、A元素の1原子層を介して向かい合った2つ
    のCuO5 ピラミッドを含む酸素欠損ペロブスカイト層
    3 Cu2 6 が、鉛元素と水銀元素を主成分とする1
    原子層で挟まれた結晶構造を持つ請求項1に記載の超伝
    導体。
  5. 【請求項5】 アルカリ土類元素Aが、バリウムとカル
    シウムの組合せであり、Pb0.5 Hg0.5 Ba2 CaC
    2 6+x なる化学式で表わされる請求項4に記載の超
    伝導体。
  6. 【請求項6】 アルカリ土類元素Aが、ストロンチウム
    とカルシウムの組合せであり、Pb0.5 Hg0.5 Sr2
    CaCu2 6+x なる化学式で表わされる請求項4に記
    載の超伝導体。
  7. 【請求項7】 鉛と水銀を主成分とした1原子層と、ア
    ルカリ土類元素と銅からなるペロブスカイト酸化物層と
    を、分子堆積法により交互に積層して分子の積層体を形
    成する超伝導体の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020093964A (ja) * 2018-12-14 2020-06-18 国立研究開発法人産業技術総合研究所 銅酸化物系化合物およびその製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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