微細結晶粒を持つバルク金属の超伝導特性：超伝導秩序と磁束状態のナノ構造制御

细晶粒块体金属的超导性能：超导有序和磁通状态的纳米结构控制

基本信息

批准号：
20K03867
负责人：
西嵜照和
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu Sangyo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，金属系を中心とした超伝導体に対して微細結晶粒を導入したバルクナノメタルの超伝導特性を明らかにすることを目的として，磁化，電気抵抗，走査プローブ顕微鏡などの手法を用いて実験を行った．また，研究代表者による実験的研究と研究分担者による理論的研究を実施し，下記の成果が得られた．(1) 前年度に引き続き，巨大ひずみ加工の1種である高圧ねじり (HPT) 加工を用いてNb, Ta, V, NbTiなどの様々な超伝導体の作製を行った．2022年度は，化合物系のNb3Snバルク超伝導体に加えて，ハイエントロピー合金Hf21Nb25Ti15V15Zr24についてもHPT加工を行い超伝導特性の変化を調べた．(2) Nb3Snは従来型の超伝導体の中でも特に高磁場用の超伝導線材として実用化されている超伝導体である．このNb3Snに微細結晶粒を導入し磁束ピン止め力を増加させることを目指してNb3SnにHPT加工を行った．化合物系のNb3Snでは合金系と異なり，HPT加工後に臨界電流密度が低下する結果が得られ，超伝導特性はひずみの付与で極端に低下することが分かった．(3) ハイエントロピー合金Hf21Nb25Ti15V15Zr24についてHPT加工を行う前の臨界温度，臨界電流密度，渦糸構造について調べた． SQUID顕微鏡を用いて局所磁気測定を行った結果，ハイエントロピー合金では初めて量子化磁束の観測に成功した．(4) Bogoliubov-de Gennes方程式と有限要素法を用いて，磁場中の乱れた超伝導体おける渦糸構造を調べた結果，渦糸コアサイズは不純物ポテンシャルのサイズに依存することが分かった．また，準粒子の構造，特に渦糸コア周辺の束縛状態についても調べ，渦糸コアサイズと不純物ポテンシャルのサイズとの関係を議論した．

在这项研究中，我们使用磁化、电阻和扫描探针显微镜等技术来阐明引入超导体（主要是金属超导体）的细晶粒块状纳米金属的超导特性。此外，主要研究者进行了实验研究，副研究员进行了理论研究，得到了以下结果。（1）继去年之后，我们利用高压扭转（HPT）加工（一种巨应变加工）制造了Nb、Ta、V和NbTi等各种超导体。 2022年，除了化合物基Nb3Sn块体超导体外，我们还对高熵合金Hf21Nb25Ti15V15Zr24进行了HPT处理，以研究超导性能的变化。 (2)Nb3Sn是一种超导体，特别是在传统的超导体中，作为高磁场用超导线材已经投入实用。我们对 Nb3Sn 进行 HPT 处理，目的是在 Nb3Sn 中引入细晶粒并增加磁通钉扎力。与合金基Nb3Sn不同，HPT处理后临界电流密度降低，并且发现超导性能因施加应变而急剧降低。 (3)研究了Hf21Nb25Ti15V15Zr24高熵合金HPT处理前的临界温度、临界电流密度和涡流结构。通过使用 SQUID 显微镜进行局部磁测量，我们首次成功观察到高熵合金中的量子化磁通量。 (4)利用Bogoliubov-de Gennes方程和有限元方法，研究了磁场中无序超导体的涡旋结构，发现涡旋核的大小取决于杂质势的大小。我们还研究了准粒子结构，特别是涡核周围的结合状态，并讨论了涡核尺寸与杂质势大小之间的关系。