JPH10236821A - 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 - Google Patents
不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法Info
- Publication number
- JPH10236821A JPH10236821A JP9044521A JP4452197A JPH10236821A JP H10236821 A JPH10236821 A JP H10236821A JP 9044521 A JP9044521 A JP 9044521A JP 4452197 A JP4452197 A JP 4452197A JP H10236821 A JPH10236821 A JP H10236821A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconductor
- low
- anisotropy
- superconducting
- single crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 63
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims description 6
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 10
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 3
- 229910002367 SrTiO Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101150102561 GPA1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910017414 LaAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/45—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on copper oxide or solid solutions thereof with other oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N60/00—Superconducting devices
- H10N60/80—Constructional details
- H10N60/85—Superconducting active materials
- H10N60/855—Ceramic superconductors
- H10N60/857—Ceramic superconductors comprising copper oxide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】超伝導異方性が小さく、高い臨界電流密度(Jc)
と、大きい不可逆磁界(Hirr)、擬等方的な、層に垂直方
向(この方向をc軸方向、層面内をab軸とする)の長
いコヒーレンス長ξc をもち、且つ超伝導臨界温度( T
c ) が例えば100K以上の高温超伝導体を提供する。 【解決手段】電荷供給層と超伝導層の2次元的な層状構
造をもつ高温超伝導体において、電荷供給層を構成する
原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷供給
層を金属化若しくは超伝導化すると共に、超伝導層の厚
さを大きくして超伝導異方性を低くしたことを特徴とす
る低異方性高温超伝導体。
と、大きい不可逆磁界(Hirr)、擬等方的な、層に垂直方
向(この方向をc軸方向、層面内をab軸とする)の長
いコヒーレンス長ξc をもち、且つ超伝導臨界温度( T
c ) が例えば100K以上の高温超伝導体を提供する。 【解決手段】電荷供給層と超伝導層の2次元的な層状構
造をもつ高温超伝導体において、電荷供給層を構成する
原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷供給
層を金属化若しくは超伝導化すると共に、超伝導層の厚
さを大きくして超伝導異方性を低くしたことを特徴とす
る低異方性高温超伝導体。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、超伝導異方性が小さ
く、高い臨界電流密度(Jc)と、高い不可逆磁界(Hirr)、
擬等方的な、層に垂直方向(この方向をc軸方向、層面
内をab軸とする)の長いコヒーレンス長ξc をもち、
且つ超伝導臨界温度( Tc ) が例えば100K以上の高温超
伝導体とその製造方法に関するものである。
く、高い臨界電流密度(Jc)と、高い不可逆磁界(Hirr)、
擬等方的な、層に垂直方向(この方向をc軸方向、層面
内をab軸とする)の長いコヒーレンス長ξc をもち、
且つ超伝導臨界温度( Tc ) が例えば100K以上の高温超
伝導体とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来、高Tc は高い超伝導異
方性(2次元性)と密接に関連していると考えられ、電
荷供給層と超伝導層の2次元的な層状構造をもつ高温超
伝導体としては、例えば銅酸化物超伝導体のY、Bi、Tl、Hg
系超伝導体が知られているに過ぎない。
方性(2次元性)と密接に関連していると考えられ、電
荷供給層と超伝導層の2次元的な層状構造をもつ高温超
伝導体としては、例えば銅酸化物超伝導体のY、Bi、Tl、Hg
系超伝導体が知られているに過ぎない。
【0003】しかも、これらの層状構造をもつ超伝導体
では電荷供給層が絶縁層又は非超伝導層であり、c軸方
向の超伝導結合が小さく、従って超伝導層間の相互作用
が小さいか、また超伝導層の厚さが薄かったため、超伝
導異方性γ(γはコヒーレンス長比、電子有効質量比の
平方根、または磁場侵入深さ比で、γ=ξab/ ξc =(m
c/mab)1/2= λc/λabと定義する。)が4〜5から300
程度と大きかった。
では電荷供給層が絶縁層又は非超伝導層であり、c軸方
向の超伝導結合が小さく、従って超伝導層間の相互作用
が小さいか、また超伝導層の厚さが薄かったため、超伝
導異方性γ(γはコヒーレンス長比、電子有効質量比の
平方根、または磁場侵入深さ比で、γ=ξab/ ξc =(m
c/mab)1/2= λc/λabと定義する。)が4〜5から300
程度と大きかった。
【0004】そのため、Jc, 特に高磁界下のJcや、電気
抵抗が発生するHirrが小さくなり、実用超伝導材料とし
ての線材、バルク材としては多くの問題がある。
抵抗が発生するHirrが小さくなり、実用超伝導材料とし
ての線材、バルク材としては多くの問題がある。
【0005】また異方性が大きいためc軸方向のコヒー
レント長ξc が短く、超伝導素子材料として積層構造の
超伝導素子の特性、特にジョセフソン電流密度が不十分
であった。
レント長ξc が短く、超伝導素子材料として積層構造の
超伝導素子の特性、特にジョセフソン電流密度が不十分
であった。
【0006】なお、Hg系のHg-1201(HgBa2CuO4+n)や無限
層構造超伝導体(Sr1-xLaxCuO2)に関しては低異方性を主
張する報告もあるが、本願発明者らの研究によればこれ
らは低異方性超伝導体に該当しない。
層構造超伝導体(Sr1-xLaxCuO2)に関しては低異方性を主
張する報告もあるが、本願発明者らの研究によればこれ
らは低異方性超伝導体に該当しない。
【0007】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、この発明では電荷供給層と超伝導層の2次元的な層
状構造をもつ高温超伝導体において、電荷供給層を構成
する原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷
供給層を金属化若しくは超伝導化すると共に、不確定性
原理に基づいて超伝導層の厚さを大きくして超伝導異方
性を低くした低異方性高温超伝導体とその製造方法を提
案するものである。
め、この発明では電荷供給層と超伝導層の2次元的な層
状構造をもつ高温超伝導体において、電荷供給層を構成
する原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷
供給層を金属化若しくは超伝導化すると共に、不確定性
原理に基づいて超伝導層の厚さを大きくして超伝導異方
性を低くした低異方性高温超伝導体とその製造方法を提
案するものである。
【0008】ここで、超伝導性をもつ原子としては、C
u,O 等を挙げることができる。
u,O 等を挙げることができる。
【0009】この発明に係る低異方性高温超伝導体の製
造には、高圧合成法、ホットプレス法、HIP法(高温
静水圧処理法)、スパッタリング法、更にレーザアブレ
ーション法等の非平衡な製造法を利用する。スパッタリ
ング法におけるターゲットは、作製する膜物質と同じ組
成の燒結体を用いてもよく、各元素ごとのターゲットを
用いて原子層ごとに積層させてもよい。スパッタ法及び
レーザアブレーション法は、例えばSrTiO3,NdGaO3,LaAl
O3,YSZ(Y安定化ZrO2),LaSrGaO4単結晶基板を用い、基板
温度300 〜800 ℃、酸素ガス圧0.01〜1 Torrの条件で行
う。
造には、高圧合成法、ホットプレス法、HIP法(高温
静水圧処理法)、スパッタリング法、更にレーザアブレ
ーション法等の非平衡な製造法を利用する。スパッタリ
ング法におけるターゲットは、作製する膜物質と同じ組
成の燒結体を用いてもよく、各元素ごとのターゲットを
用いて原子層ごとに積層させてもよい。スパッタ法及び
レーザアブレーション法は、例えばSrTiO3,NdGaO3,LaAl
O3,YSZ(Y安定化ZrO2),LaSrGaO4単結晶基板を用い、基板
温度300 〜800 ℃、酸素ガス圧0.01〜1 Torrの条件で行
う。
【0010】この発明に係る低異方性高温超伝導体製造
の特徴は、低異方性高温超伝導体乃至これらの原料を上
述の単結晶基板乃至結晶配向膜基板上に堆積乃至塗布し
て、金、銀、或はインコネル、ハステロイ、アルミナ、
AlN 、BN等の耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器
に封じ、少なくともa,c軸の2軸配向させた臨界電流
密度Jcの配向結晶又は単結晶の薄膜乃至厚膜とするもの
である。
の特徴は、低異方性高温超伝導体乃至これらの原料を上
述の単結晶基板乃至結晶配向膜基板上に堆積乃至塗布し
て、金、銀、或はインコネル、ハステロイ、アルミナ、
AlN 、BN等の耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器
に封じ、少なくともa,c軸の2軸配向させた臨界電流
密度Jcの配向結晶又は単結晶の薄膜乃至厚膜とするもの
である。
【0011】また、低異方性高温超伝導体乃至これらの
原料を上述の単結晶基板乃至結晶配向膜基板上に乗せ、
金、銀、或はインコネル、ハステロイ、アルミナ、AlN
、BN等の耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器に
封入し、一気圧以上の加圧下で少なくともa,c軸の2
軸配向させて高い臨界電流密度Jcの超伝導材料を合成す
るバルク又は単結晶とするものである。
原料を上述の単結晶基板乃至結晶配向膜基板上に乗せ、
金、銀、或はインコネル、ハステロイ、アルミナ、AlN
、BN等の耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器に
封入し、一気圧以上の加圧下で少なくともa,c軸の2
軸配向させて高い臨界電流密度Jcの超伝導材料を合成す
るバルク又は単結晶とするものである。
【0012】
【作用】図1は、この発明に係る低異方性高温超伝導体
の結晶モデルの一例を示すものであるが、このように層
状構造超伝導体の超伝導層の厚さを厚くすることによ
り、c軸方向の超伝導電子の不確定性領域(厚さ)が広
がり、c軸方向のコヒーレンス長ξc を長くできるた
め、超伝導異方性γを極めて小さくすることができる。
の結晶モデルの一例を示すものであるが、このように層
状構造超伝導体の超伝導層の厚さを厚くすることによ
り、c軸方向の超伝導電子の不確定性領域(厚さ)が広
がり、c軸方向のコヒーレンス長ξc を長くできるた
め、超伝導異方性γを極めて小さくすることができる。
【0013】更に、この発明では電荷供給層を構成する
原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷供給
層を金属化若しくは超伝導化するが、不確定性原理によ
れば超伝導コヒーレンス長はフェルミ速度vFに比例する
ので、このように電荷供給層を金属化乃至超伝導化する
ことにより、c軸方向のvF成分を大きくし、コヒーレン
ス長ξc を長くすることになり、超伝導異方性を低くす
ることができる。
原子の一部を超伝導性をもつ原子と置き換えて電荷供給
層を金属化若しくは超伝導化するが、不確定性原理によ
れば超伝導コヒーレンス長はフェルミ速度vFに比例する
ので、このように電荷供給層を金属化乃至超伝導化する
ことにより、c軸方向のvF成分を大きくし、コヒーレン
ス長ξc を長くすることになり、超伝導異方性を低くす
ることができる。
【0014】この発明の特に好ましい例としては、2次
元的な層状構造をもつ超伝導体が組成式Cu1-xMx(Ba1-y
Sry)2(Ca1-zLz)n-1CunO2n+4-w (式中、M=Tl,Hg,Bi,Pb,
Au,In,Sn,Ag,Mo,Re,Os,Cr,V,Fe, ランタニド系列元素の
一元素又は複数元素、L=Li,Na,Y,ランタニド系列元素の
一元素又は複数元素、0 ≦x <1, 0 ≦y ≦1, 0≦z ≦1,
0≦w ≦4, 3≦n ≦16)で記述できる銅酸化物超伝導体
を挙げることができる。
元的な層状構造をもつ超伝導体が組成式Cu1-xMx(Ba1-y
Sry)2(Ca1-zLz)n-1CunO2n+4-w (式中、M=Tl,Hg,Bi,Pb,
Au,In,Sn,Ag,Mo,Re,Os,Cr,V,Fe, ランタニド系列元素の
一元素又は複数元素、L=Li,Na,Y,ランタニド系列元素の
一元素又は複数元素、0 ≦x <1, 0 ≦y ≦1, 0≦z ≦1,
0≦w ≦4, 3≦n ≦16)で記述できる銅酸化物超伝導体
を挙げることができる。
【0015】この銅酸化物超伝導体の場合、超伝導層で
ある(Ca1-zLz)n-1CunO2n層数nの増加、その超伝導層間
を結合する電荷供給層(Cu1-xMx)(Ba1-ySry)2O4-wの金属
化、更にはその電荷供給層の本来的な内因性の超伝導化
によって超伝導結合が強化される。
ある(Ca1-zLz)n-1CunO2n層数nの増加、その超伝導層間
を結合する電荷供給層(Cu1-xMx)(Ba1-ySry)2O4-wの金属
化、更にはその電荷供給層の本来的な内因性の超伝導化
によって超伝導結合が強化される。
【0016】その結果、c軸方向の超伝導電子の不確定
性領域(厚さ)が拡大し、コヒーレンス長ξc を大きく
し、超伝導異方性を低下させる。
性領域(厚さ)が拡大し、コヒーレンス長ξc を大きく
し、超伝導異方性を低下させる。
【0017】特に一部の銅酸化物超導電体の場合、コヒ
ーレンス長ξc は経験則より、ξc=0.32(n-1)nm、ξab=
1.6nm と表せるので超伝導異方性γ=ξab/ξc =5/(n
-1) となり、従ってnが3以上の超伝導体ではキャリア
濃度が十分であれば超伝導異方性γ<4が実現できる。
ーレンス長ξc は経験則より、ξc=0.32(n-1)nm、ξab=
1.6nm と表せるので超伝導異方性γ=ξab/ξc =5/(n
-1) となり、従ってnが3以上の超伝導体ではキャリア
濃度が十分であれば超伝導異方性γ<4が実現できる。
【0018】更に、上記の銅酸化物超伝導体ではCuの平
均価数がZ=2+(4-2w)/(n+1)<2+4/(n+1)と表すことがで
き、n=1 から16まではZが2.25以上となるので、酸素
空格子濃度wを下げることにより、超伝導異方性γ<4
を実現することができるに充分なキャリア供給が可能で
ある。
均価数がZ=2+(4-2w)/(n+1)<2+4/(n+1)と表すことがで
き、n=1 から16まではZが2.25以上となるので、酸素
空格子濃度wを下げることにより、超伝導異方性γ<4
を実現することができるに充分なキャリア供給が可能で
ある。
【0019】なお、この発明は単に銅酸化物超伝導体ば
かりでなく、他のあらゆる層状構造超伝導体に適用でき
る。
かりでなく、他のあらゆる層状構造超伝導体に適用でき
る。
【0020】
【実施例】 実施例1 Cu1-xTlxBa2Can-1CunO2n+4-wのうち最もTc が高いCu
1-xTlxBa2Ca3Cu4O12-w(Cu1-xTlx1234) について、系の
組成を変えた場合の電気抵抗の温度変化を図2に、組成
xでの最適キャリア濃度の試料に対する超伝導転移温度
との関係を図3にそれぞれ示す。
1-xTlxBa2Ca3Cu4O12-w(Cu1-xTlx1234) について、系の
組成を変えた場合の電気抵抗の温度変化を図2に、組成
xでの最適キャリア濃度の試料に対する超伝導転移温度
との関係を図3にそれぞれ示す。
【0021】図2では燒結したままの高酸素濃度(高キ
ャリア濃度)の試料でTc =123Kアニールした最適キャ
リア濃度試料で最高Tc =126Kを示し、図3では全領域
でTc は118Kを示した。そして、図2及び図3に示すよ
うに0 ≦x ≦1 の範囲でTc =118 〜126Kを有する。更
に、図4に示すように超伝導異方性はγ<4とすること
ができる。なお、ここで示した異方性値は、Tc を高く
するために最適量のキャリアをドープした試料に対して
得られたものであり、キャリア濃度を高めれば更に低い
異方性を得ることができる。
ャリア濃度)の試料でTc =123Kアニールした最適キャ
リア濃度試料で最高Tc =126Kを示し、図3では全領域
でTc は118Kを示した。そして、図2及び図3に示すよ
うに0 ≦x ≦1 の範囲でTc =118 〜126Kを有する。更
に、図4に示すように超伝導異方性はγ<4とすること
ができる。なお、ここで示した異方性値は、Tc を高く
するために最適量のキャリアをドープした試料に対して
得られたものであり、キャリア濃度を高めれば更に低い
異方性を得ることができる。
【0022】Cu1-xTlx-1234 の試料の作製は前駆体Ba2C
a3Cu4O9 にCuO とTl2O3 を適量混合し、酸素濃度の制御
は還元剤としてCu2O, 酸化剤としてAgO を用い、3GPaの
圧力下で1〜3時間、900 〜1100℃で加熱処理すること
により作製できる。
a3Cu4O9 にCuO とTl2O3 を適量混合し、酸素濃度の制御
は還元剤としてCu2O, 酸化剤としてAgO を用い、3GPaの
圧力下で1〜3時間、900 〜1100℃で加熱処理すること
により作製できる。
【0023】実施例2 実施例1のCu1-xTlx-1234 とCu1-xTlx-1223 は生産性の
高い低圧力(〜0.1GPa) を用いるホットプレス法によっ
ても作製することができる。酸素濃度、キャリア濃度は
還元剤としてCu2Oと酸化剤としてAgO を適当量用いるこ
とによって調節する。組成x =0.25,0.4,0.5,0.6,0.75に
対してTc =110K〜125Kを示す燒結体を得ることができ
る。その異方性に関しては実施例1の高圧合成法と同様
にγ<4が得られることが期待される。
高い低圧力(〜0.1GPa) を用いるホットプレス法によっ
ても作製することができる。酸素濃度、キャリア濃度は
還元剤としてCu2Oと酸化剤としてAgO を適当量用いるこ
とによって調節する。組成x =0.25,0.4,0.5,0.6,0.75に
対してTc =110K〜125Kを示す燒結体を得ることができ
る。その異方性に関しては実施例1の高圧合成法と同様
にγ<4が得られることが期待される。
【0024】実施例3 Cu1-xTlx-1234 とCu1-xTlx-1223 の薄膜はBa2Ca2Cu4O8
又はBa2Ca3Cu5O10のスパッタリングターゲットを用い、
SrTiO3,NdGaO3,LaAlO3,YSZ(Y安定化ZrO2),LaSrGaO4単結
晶基板上に非晶質膜を堆積させ、それをTlx-1223又はTl
x-1234(x=0.1〜2)ペレットと共に、Au又はAg,インコネ
ル、ハステロイ、アルミナ、AlN 、BN等の密封容器中に
入れて700 〜920 ℃で0.5 分から10時間の間熱処理して
目的とする薄膜を作製する。その結晶性は図5に示すよ
うにc軸配向性、ab軸配向性共に共に良好である。ま
た、超伝導特性は図6に示すようにCu1-xTlx-1234 とCu
1- xTlx-1223 の薄膜でそれぞれTc=112K,115K を示す。
更に、薄膜の超伝導異方性についてはバルク同様にγ<
4が得られることが期待される。
又はBa2Ca3Cu5O10のスパッタリングターゲットを用い、
SrTiO3,NdGaO3,LaAlO3,YSZ(Y安定化ZrO2),LaSrGaO4単結
晶基板上に非晶質膜を堆積させ、それをTlx-1223又はTl
x-1234(x=0.1〜2)ペレットと共に、Au又はAg,インコネ
ル、ハステロイ、アルミナ、AlN 、BN等の密封容器中に
入れて700 〜920 ℃で0.5 分から10時間の間熱処理して
目的とする薄膜を作製する。その結晶性は図5に示すよ
うにc軸配向性、ab軸配向性共に共に良好である。ま
た、超伝導特性は図6に示すようにCu1-xTlx-1234 とCu
1- xTlx-1223 の薄膜でそれぞれTc=112K,115K を示す。
更に、薄膜の超伝導異方性についてはバルク同様にγ<
4が得られることが期待される。
【0025】実施例4 (Cu1-xTlx)(Ba1-ySry)Can-1CunO2n+4-w に関してはx=0.
25〜0.75,y=0.25,0.5,0.75の(Cu1-xTlx)-1223 及び(Cu
1-xTlx)-1234 において、(Ba1-ySry)2Ca2Cu3O7又は(Ba
1-ySry)2Ca3Cu4O9 の前駆体を用いてTl2O3 とCuO 又はC
u2O(Tl2O3が少ない場合は酸化剤としてAgO を用いる)
を適当量混合させることによって実施例1と同様の合成
法によって作製することができる。
25〜0.75,y=0.25,0.5,0.75の(Cu1-xTlx)-1223 及び(Cu
1-xTlx)-1234 において、(Ba1-ySry)2Ca2Cu3O7又は(Ba
1-ySry)2Ca3Cu4O9 の前駆体を用いてTl2O3 とCuO 又はC
u2O(Tl2O3が少ない場合は酸化剤としてAgO を用いる)
を適当量混合させることによって実施例1と同様の合成
法によって作製することができる。
【0026】実施例5 (Cu1-xTlx)Ba2(Ca1-zLiz)n-1CunO2n+4-wに関しては、x=
0,0.5,1.0,Z=0.1,0.2の(Cu1-xTlx)-1223 及びCu1-xTlx-
1234 に対してBa2(Ca1-zLiz)2Cu3O7 またはBa2(Ca1-zLi
z)3Cu4O7 の前駆体にTl2O3 とCuO またはCu2Oを混合さ
せ、Tl2O3 が少ない場合にはAgO を酸化剤として添加す
ることによって作製することができる。Tc はLiの添加
によって多少低下するが、100K以上が得られる。LiのCa
サイトの置換はCuのTl置換と同様に反応促進、反応温度
の低下に効果があり、Tl濃度の低減に役立つ。
0,0.5,1.0,Z=0.1,0.2の(Cu1-xTlx)-1223 及びCu1-xTlx-
1234 に対してBa2(Ca1-zLiz)2Cu3O7 またはBa2(Ca1-zLi
z)3Cu4O7 の前駆体にTl2O3 とCuO またはCu2Oを混合さ
せ、Tl2O3 が少ない場合にはAgO を酸化剤として添加す
ることによって作製することができる。Tc はLiの添加
によって多少低下するが、100K以上が得られる。LiのCa
サイトの置換はCuのTl置換と同様に反応促進、反応温度
の低下に効果があり、Tl濃度の低減に役立つ。
【0027】実施例6 (Cu1-xHgx)Ba2Can-1CunO2n+4-wに関してはCu1-xHgx-122
3,1234,1245 におけるx=0.25,0.5,0.75 の組成に対して
高圧合成を行い、Cu0.5Hg0.5-1223 に対してTc=120K,
γ=4.0 を得た。キャリア濃度の最適制御を行えば、更
にTc の向上と異方性の低下が期待できる。
3,1234,1245 におけるx=0.25,0.5,0.75 の組成に対して
高圧合成を行い、Cu0.5Hg0.5-1223 に対してTc=120K,
γ=4.0 を得た。キャリア濃度の最適制御を行えば、更
にTc の向上と異方性の低下が期待できる。
【0028】実施例7 (Cu1-xMx)Ba2Can-1CunO2n+4-w のc のM =Tl,Hg以外のA
g,Au,Bi,Pb,In,Sn,B,C,N,S,V,Cr,Mo,Re,Os,Feに関して
はn=3 及び4 に対してx<0.25の領域でほぼ単相が得られ
た。Tc はx=0 の場合の値に対して低下する。従って、
これらの置換元素は、磁束のピンどめ中心を作るために
有効であり、実用的には重要である。
g,Au,Bi,Pb,In,Sn,B,C,N,S,V,Cr,Mo,Re,Os,Feに関して
はn=3 及び4 に対してx<0.25の領域でほぼ単相が得られ
た。Tc はx=0 の場合の値に対して低下する。従って、
これらの置換元素は、磁束のピンどめ中心を作るために
有効であり、実用的には重要である。
【0029】実施例8 請求項(3)の組成式のうちy=0 で、Cu1-xMx(Ba1-mRm)
2(Ca1-zLz)n-1Cun O2n+4 -wのM=Tl,R=La,Pr,Ce,Nd,m<0.2
5 に対してはTc は何れもm=0 の場合に比べて低下す
る。これらの置換元素は磁束のピンどめ中心を作るため
に有効である。
2(Ca1-zLz)n-1Cun O2n+4 -wのM=Tl,R=La,Pr,Ce,Nd,m<0.2
5 に対してはTc は何れもm=0 の場合に比べて低下す
る。これらの置換元素は磁束のピンどめ中心を作るため
に有効である。
【0030】実施例9 CuO2層数が5層のCuBa2Ca4Cu5O14-y(Cu-1245) はBa2Ca3
Cu5Oy 又は Ba2Ca4Cu5Oyの前駆体を適当量のAgO を混
ぜ、3 〜4.5GPa、1100〜1150℃で1〜5時間熱処理する
ことによって作製できる。得られた試料は図7に示すよ
うにCu-1245 相が主成分である。そのTc は115Kで、帯
磁率の比から測定した異方性は図8に示すようにγ=1.
9 を示した。この値は予測値1.3 よりも高いが、酸素濃
度を上げ、キャリア濃度を上げることにより更に異方性
を下げることが期待できる。
Cu5Oy 又は Ba2Ca4Cu5Oyの前駆体を適当量のAgO を混
ぜ、3 〜4.5GPa、1100〜1150℃で1〜5時間熱処理する
ことによって作製できる。得られた試料は図7に示すよ
うにCu-1245 相が主成分である。そのTc は115Kで、帯
磁率の比から測定した異方性は図8に示すようにγ=1.
9 を示した。この値は予測値1.3 よりも高いが、酸素濃
度を上げ、キャリア濃度を上げることにより更に異方性
を下げることが期待できる。
【0031】
【発明の効果】この発明によれば従来不可能であった異
方性γが4以下で、更には1に近い擬等方的な低異方性
の高温超伝導体が得られるが、これにより従来不可能で
あった高Jcの材料、高い不可逆磁界Hirr材料、面内で等
方的な積層型接合ジョセフソン素子用材料として最適
な、ξc =1nm以上の長いコヒーレンス長の高温超伝導材
料が開発でき、有望な線材、バルク材、素子材料を得る
ことができる。
方性γが4以下で、更には1に近い擬等方的な低異方性
の高温超伝導体が得られるが、これにより従来不可能で
あった高Jcの材料、高い不可逆磁界Hirr材料、面内で等
方的な積層型接合ジョセフソン素子用材料として最適
な、ξc =1nm以上の長いコヒーレンス長の高温超伝導材
料が開発でき、有望な線材、バルク材、素子材料を得る
ことができる。
【0032】また従来、高Tc は高い超伝導異方性(2
次元性)と密接に関連性があることが常識化していた
が、この発明によれば等方性に近い低異方性の高温超伝
導体が得られるので、これらの常識が破られ、学術的に
大きなインパクトを与えると同時に、超伝導機構の解明
に対して重要な指針を与えることができる。
次元性)と密接に関連性があることが常識化していた
が、この発明によれば等方性に近い低異方性の高温超伝
導体が得られるので、これらの常識が破られ、学術的に
大きなインパクトを与えると同時に、超伝導機構の解明
に対して重要な指針を与えることができる。
【図1】 この発明に係る低異方性高温超伝導体の結晶
モデルの一例を示す図
モデルの一例を示す図
【図2】 Cu1-xTlxBa2Ca3Cu4O12-y(Cu1-xTlx-1234) 系
の組成を変えた場合の電気抵抗の温度変化を示す図
の組成を変えた場合の電気抵抗の温度変化を示す図
【図3】 最適キャリア濃度のCu1-xTlx-1234 系試料に
おける組成xに対する超伝導転移温度を示す図
おける組成xに対する超伝導転移温度を示す図
【図4】 Cu1-xTlx系における帯磁率の比から求めた超
伝導異方性(γ=χc/χab)と温度の関係を示す図
伝導異方性(γ=χc/χab)と温度の関係を示す図
【図5】 Cu1-xTlx-1223 とCu1-xTlx-1234 薄膜の配向
特性を示すX線回折図で、(a)と(b)はc軸配向を
示し、(c)はCu1-xTlx-1234 薄膜のa,b軸配向を示
す図
特性を示すX線回折図で、(a)と(b)はc軸配向を
示し、(c)はCu1-xTlx-1234 薄膜のa,b軸配向を示
す図
【図6】 Cu1-xTlx-1223 とCu1-xTlx-1234 薄膜の電気
抵抗の温度変化を示す図
抵抗の温度変化を示す図
【図7】 Cu-1245 粉末のc軸配向させた試料のX線回
析図
析図
【図8】 Cu-1245 のc軸配向試料における帯磁率の比
から求めた超伝導異方性と温度の関係を示す図
から求めた超伝導異方性と温度の関係を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C30B 29/22 501 C30B 29/22 501E H01B 12/00 ZAA H01B 12/00 ZAA 13/00 565 13/00 565D H01L 39/02 ZAA H01L 39/02 ZAAB 39/12 ZAA 39/12 ZAAC 39/24 ZAA 39/24 ZAAB
Claims (5)
- 【請求項1】 電荷供給層と超伝導層からなる2次元的
な層状構造をもつ高温超伝導体において、電荷供給層を
構成する原子の一部又は全部を超伝導性をもつ原子と置
き換えて電荷供給層を金属化若しくは超伝導化すると共
に、不確定性原理に基づき、超伝導層の厚さを大きくし
て超伝導異方性を低くしたことを特徴とする低異方性高
温超伝導体。 - 【請求項2】 2次元的な層状構造をもつ超伝導体が組
成式Cu1-xMx(Ba1-ySry)2(Ca1-zLz)n-1CunO2n+4-w (式
中、M=Tl,Hg,Bi,Pb,Au,In,Sn,Ag,Mo,Re,Os,Cr,V,Fe,ラ
ンタニド系列元素の一元素又は複数元素、L=Li,Na,Y,ラ
ンタニド系列元素の一元素又は複数元素、0 ≦x < 1, 0
≦y ≦1, 0≦z ≦1, 0≦w ≦4, 3≦n≦16)で記述でき
る銅酸化物超伝導体である請求項1記載の低異方性高温
超伝導体。 - 【請求項3】 請求項2のCu1-xMx(Ba1-y Sry)2(Ca1-zL
z)n-1CunO2n+4-w 中、Ba をランタニド系列元素で一部置
換したCu1-xMx(Ba1-y-m SryRm)2(Ca1-zLz)n- 1CunO
2n+4-w (式中、0 ≦m ≦1, 0≦y+m ≦1 ) の組成式で
表される低異方性高温超伝導体。 - 【請求項4】 請求項1乃至2項の超伝導体又はその原
料を単結晶基板又は結晶配向基板上に堆積乃至塗布して
金、銀、耐酸化性金属、又はセラミックス製の容器に封
じ、少なくともa,c軸の2軸配向させた高い臨界電流
密度Jcの配向結晶又は単結晶の薄膜乃至厚膜とすること
を特徴とする低異方性高温超伝導体の製造方法。 - 【請求項5】 請求項1乃至2項の超伝導体又はその原
料を単結晶基板又は結晶配向基板上に乗せ、金、銀、耐
酸化性金属、又はセラミックス製容器に封入して一気圧
以上の加圧下で少なくともa,c軸の2軸配向させて高
い臨界電流密度Jcのバルク又は単結晶とすることを特徴
とする低異方性高温超伝導体の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04452197A JP3289134B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
US09/032,067 US6444620B2 (en) | 1997-02-28 | 1998-02-27 | High temperature superconductor having low superconducting anisotropy and method for producing the superconductor |
DE19808762A DE19808762A1 (de) | 1997-02-28 | 1998-03-02 | Hochtemperatur-Supraleiter mit niedriger Supraleiteranisotropie und Verfahren zur Herstellung des Supraleiters |
FR9802480A FR2760290B1 (fr) | 1997-02-28 | 1998-03-02 | Supraconducteur a temperature elevee ayant une anisotropie de supraconduction faible, et son procede de fabrication |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04452197A JP3289134B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
Related Child Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001006994A Division JP2001233614A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
JP2001006995A Division JP2001247311A (ja) | 2001-01-15 | 2001-01-15 | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10236821A true JPH10236821A (ja) | 1998-09-08 |
JP3289134B2 JP3289134B2 (ja) | 2002-06-04 |
Family
ID=12693848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04452197A Expired - Lifetime JP3289134B2 (ja) | 1997-02-28 | 1997-02-28 | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6444620B2 (ja) |
JP (1) | JP3289134B2 (ja) |
DE (1) | DE19808762A1 (ja) |
FR (1) | FR2760290B1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002020879A1 (fr) * | 2000-09-01 | 2002-03-14 | Japan Science And Technology Corporation | Procede de production d'une mince couche d'oxyde de composite, dispositif correspondant et mince couche d'oxyde de composite ainsi produite |
JP2009507358A (ja) * | 2005-07-29 | 2009-02-19 | アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション | 高温超電導ワイヤ及びコイル |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2939544B1 (ja) * | 1998-03-27 | 1999-08-25 | 工業技術院長 | Mgドープ低異方性高温超伝導体とその製造方法 |
JP3023780B1 (ja) * | 1998-09-14 | 2000-03-21 | 工業技術院長 | Cu系高温超伝導材料 |
EP1174391A4 (en) * | 1999-03-26 | 2006-06-21 | Japan Science & Tech Agency | HIGH TEMPERATURE SUPRALEITER OF THE SELECTIVELY REDUCED TYPE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF. |
US20040152599A1 (en) * | 2002-11-21 | 2004-08-05 | Allan Rosencwaig | High-temperature superconductivity devices and methods |
RU2442837C1 (ru) * | 2010-09-10 | 2012-02-20 | Учреждение Российской академии наук ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА РАН (ИФТТ РАН) | Способ получения высокотемпературного сверхпроводника в системе литий-теллурид сурьмы |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2703036B2 (ja) * | 1989-03-03 | 1998-01-26 | 株式会社日立製作所 | 超伝導物質 |
JP2859516B2 (ja) * | 1993-06-25 | 1999-02-17 | 住友電気工業株式会社 | 酸化物超電導体およびその製造方法 |
JP2723173B2 (ja) | 1993-12-07 | 1998-03-09 | 工業技術院長 | 高温超伝導体およびその製造方法 |
US5919735A (en) * | 1994-11-04 | 1999-07-06 | Agency Of Industrial Science And Technology | High temperature superconductor |
-
1997
- 1997-02-28 JP JP04452197A patent/JP3289134B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-02-27 US US09/032,067 patent/US6444620B2/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-03-02 FR FR9802480A patent/FR2760290B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1998-03-02 DE DE19808762A patent/DE19808762A1/de not_active Ceased
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002020879A1 (fr) * | 2000-09-01 | 2002-03-14 | Japan Science And Technology Corporation | Procede de production d'une mince couche d'oxyde de composite, dispositif correspondant et mince couche d'oxyde de composite ainsi produite |
US7335283B2 (en) | 2000-09-01 | 2008-02-26 | Japan Science And Technology Corporation | Production method for composite oxide thin film and device therefor and composite oxide film produced thereby |
JP2009507358A (ja) * | 2005-07-29 | 2009-02-19 | アメリカン・スーパーコンダクター・コーポレーション | 高温超電導ワイヤ及びコイル |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2760290A1 (fr) | 1998-09-04 |
JP3289134B2 (ja) | 2002-06-04 |
US6444620B2 (en) | 2002-09-03 |
DE19808762A1 (de) | 1998-09-03 |
FR2760290B1 (fr) | 2003-07-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2859602B2 (ja) | 超伝導材料からなる製品の製造方法 | |
DE3855246T2 (de) | Supraleitende dünne Schicht und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
JP3575004B2 (ja) | マグネシウムとホウ素とからなる金属間化合物超伝導体及びその金属間化合物を含有する合金超伝導体並びにこれらの製造方法 | |
JP2939544B1 (ja) | Mgドープ低異方性高温超伝導体とその製造方法 | |
JP3289134B2 (ja) | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 | |
US5300482A (en) | Oxide superconductors | |
JPH03153089A (ja) | 複合酸化物超電導材料を用いたトンネル接合素子 | |
US5389603A (en) | Oxide superconductors, and devices and systems comprising such a superconductor | |
US5446017A (en) | Superconductive copper-containing oxide materials of the formula Ap Bq Cu2 O4±r | |
JP2501620B2 (ja) | 超電導薄膜の作製方法 | |
US5051398A (en) | Process for preparing a bismuth-type superconducting thin film | |
US5108985A (en) | Bi-Pb-Sr-Ca-Cu oxide superconductor containing alkali metal and process for preparation thereof | |
JP2001247311A (ja) | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 | |
JPH0764560B2 (ja) | 層状銅酸化物 | |
JP2001233614A (ja) | 不確定性原理に基づく低異方性高温超伝導体とその製造方法 | |
US5206214A (en) | Method of preparing thin film of superconductor | |
US5296455A (en) | Process for preparing superconductor of compound oxide of Bi-Sr-Ca-Cu system | |
JP3219563B2 (ja) | 金属酸化物とその製造方法 | |
JP2645730B2 (ja) | 超電導薄膜 | |
JP3536920B2 (ja) | 合金超伝導体及びその製造方法 | |
JP3258824B2 (ja) | 金属酸化物材料、それを用いた超伝導接合素子及び超伝導素子用基板 | |
JP2817170B2 (ja) | 超電導材料の製造方法 | |
JP3257569B2 (ja) | Tl系酸化物超電導体の製造方法 | |
JPH06196760A (ja) | 超伝導積層薄膜 | |
TANAKA et al. | Superconducting ceramics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |