Development of high field superconducting bulk magnet based on new iron-based superconductor

基于新型铁基超导体的高场超导块体磁体的研制

基本信息

批准号：
19F19354
负责人：
荻野拓
金额：
$ 1.41万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-10-11 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19F19354/
关键词：
超伝導磁性体臨界電流鉄系超伝導体バルク磁石

项目摘要

本研究では、新規鉄系超伝導体CaKFe4As4(CaK1144)を用いた革新的な超伝導バルク磁石の開発をめざした。CaK1144は、高い転移温度と、転移温度近くまで高い臨界電流密度を維持する優れた特性を有し、キャリアドープが不要で特性が均一、かつ多結晶体でも高い臨界電流密度が実現可能である。一方で合成条件が非常に狭く、特に超伝導線材化に必須なAgシース材等との反応で容易に分解することから、線材化のめどは立っていない。そこでシース材が不要、かつ均一性などの特徴を活かした応用として超伝導バルク磁石の開発を目指した。今年度は、前年度に確立したCaK1144バルク作製手法を元に、更なる高特性化に取り組んだ。CaK1144は超伝導転移温度(Tc)が一意に決まる物質と思われていたが、合成後の再焼成より変化することを見出した。アニール条件を最適化した結果、Tcは35K近くまで向上し、更に結晶中の特性が均質化し、超伝導転移がよりシャープになることが分かった。またこれによりTcだけでなく臨界電流特性(Jc)も向上することを見出した。そこで放電プラズマ焼結(SPS)法で作製したCaK1144バルクにアニールを適用することで、これまで鉄系超伝導体で報告されている多結晶バルクで最高レベルのJcを達成することに成功した。また昨年度見出したSn添加効果について、より詳細に条件を検討した。添加量、添加形態、熱処理条件等複数のパラメータをそれぞれ最適化することで、通常の焼結のみで3*10^4A/cm^2のJcを達成した。また多結晶CaK1144のトンネル電子顕微鏡(TEM)による微細組織観察を行い、CaK1144単結晶と同様に積層欠陥が存在すること、一方で厚みや密度などが異なることを明らかにした。これらの成果を国際学会招待講演や学術誌への発表により明らかにした。

在这项研究中，我们的目标是使用新型铁基超导体 CaKFe4As4 (CaK1144) 开发一种创新的超导块状磁体。 CaK1144具有高转变温度和在接近转变温度时保持高临界电流密度的优异特性，不需要载流子掺杂，特性均匀，即使在多晶材料中也能实现高临界电流密度。另一方面，合成条件非常狭窄，而且该材料很容易与制造超导线材所必需的银鞘材料发生反应而分解，因此没有将其制成线材的前景。因此，我们的目标是开发一种超导块体磁体，作为不需要护套材料并利用其均匀性等特性的应用。今年，我们在去年建立的CaK1144批量生产方法的基础上，进一步提高了性能。 CaK1144被认为是一种超导转变温度（Tc）被唯一确定的材料，但我们发现它在合成后重新烘烤时会发生变化。通过优化退火条件，发现Tc提高到接近35K，晶体内的性能变得更加均匀，超导转变变得更加尖锐。我们还发现，这不仅改善了 Tc，还改善了临界电流特性 (Jc)。因此，通过对放电等离子烧结（SPS）制造的CaK1144块体进行退火，我们成功地实现了迄今为止铁基超导体多晶块体中报道的最高水平的Jc。我们还更详细地研究了去年发现的有关添加 Sn 的影响的条件。通过优化添加量、添加形式和热处理条件等多个参数，我们仅使用普通烧结即可实现 3*10^4A/cm^2 的 Jc。我们还利用隧道电子显微镜（TEM）观察了多晶CaK1144的微观结构，发现它与单晶CaK1144一样具有堆垛层错，但厚度和密度不同。这些结果通过国际会议上的特邀讲座和学术期刊上的出版物得到了澄清。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

6.Synthetization of superconducting phase in Iron-Selenide by Spark Plasma Sintering for trapped field applications

6.利用火花等离子烧结在硒化铁中合成超导相，用于俘获场应用

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Quentin Nouailhetas;S. Pavan Kumar Naik;Michael R. Koblischka;Hiraku Ogino;Kevin Berger;Bruno DOUINE;Anjela Koblischka-veneva;Christian Motz
通讯作者：
Christian Motz

多結晶バルク体、及びその製造方法

多晶块体及其制造方法

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

POLYCRYSTALLINE BULK BODY AND METHOD FOR PRODUCING SAME

多晶块体及其制造方法

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Superconducting properties of 1144-type iron pnictide superconductors

1144型铁磷族超导体的超导性能

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Ogino;S. Ishida;Sugali P.K.N.;Y. Kamiya;K. Kawashima;A. Iyo;H. Eisaki
通讯作者：
H. Eisaki

10.Synthesis of CaKFe4As4 bulk superconductors using spark plasma sintering technique

10.放电等离子烧结技术合成CaKFe4As4体超导体

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shigeyuki Ishida;S. Pavan Kumar Naik;Yoshinori Tsuchiya;Yasunori Mawatari;Yoshiyuki Yoshida;Akira Iyo;Hiroshi Eisaki;Yoshihisa Kamiya;Kenji Kawashima;Hiraku Ogino
通讯作者：
Hiraku Ogino

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通讯作者：
J. Shimoyama

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通讯作者：
八島正知，辻口峰史，作田祐一，藤井孝太郎，丹羽栄貴，鳥居周輝，神山崇

Ba3MoNbO8.5における酸化物イオン拡散経路の可視化

Ba3MoNbO8.5 中氧化物离子扩散路径的可视化

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
矢口寛;藤井孝太郎;丹羽栄貴;白岩大裕;日比野圭佑;荻野拓;辻本吉廣;八島正知;井上遼太，SON Hyoung-Won，鐘承超，川上望，倉持健太，古田真浩，曹碩;安井雄太，丹羽栄貴，松井将洋，藤井孝太郎，八島正知;Masatomo Yashima， Kotaro Fujii， Keisuke Hibino， Eiki Niwa， Masahiro Shiraiwa， Koichiro Fukuda， Susumu Nakayama， Nobuo Ishizawa， Takayasu Hanashima， Takashi Ohhara;Keisuke Hibino，Satoshi Kozakai，Eiki Niwa，Kotaro Fujii，Tatsumi Ishihara，Taner Akbay，James R. Hester，Yasuto Noda，Masatomo Yashima;Masahiro Shiraiwa，Yu Zhou，Mathew Niania，Stephen Skinner，Masatomo Yashima;Yuta Yasui，Eiki Niwa，Masahiro Matsui，Kotaro Fujii，Masatomo Yashima;Wenrui Zhang，Masahiro Shiraiwa，Tingli Ma，Eiki Niwa，Kotaro Fujii，Masatomo Yashima;八島正知，藤井孝太郎，丹羽栄貴，陰山洋，鳥居周輝，米村雅雄，神山崇，大原高志;辻口峰史，藤井孝太郎，丹羽栄貴，James R. Hester，鳥居周輝，神山崇，齋藤圭汰，西岡駿太，前田和彦，八島正知
通讯作者：
辻口峰史，藤井孝太郎，丹羽栄貴，James R. Hester，鳥居周輝，神山崇，齋藤圭汰，西岡駿太，前田和彦，八島正知

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DOI：
发表时间：
2019
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影响因子：
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作者：
矢口寛;藤井孝太郎;丹羽栄貴;白岩大裕;日比野圭佑;荻野拓;辻本吉廣;八島正知;井上遼太，SON Hyoung-Won，鐘承超，川上望，倉持健太，古田真浩，曹碩;安井雄太，丹羽栄貴，松井将洋，藤井孝太郎，八島正知;Masatomo Yashima， Kotaro Fujii， Keisuke Hibino， Eiki Niwa， Masahiro Shiraiwa， Koichiro Fukuda， Susumu Nakayama， Nobuo Ishizawa， Takayasu Hanashima， Takashi Ohhara;Keisuke Hibino，Satoshi Kozakai，Eiki Niwa，Kotaro Fujii，Tatsumi Ishihara，Taner Akbay，James R. Hester，Yasuto Noda，Masatomo Yashima;Masahiro Shiraiwa，Yu Zhou，Mathew Niania，Stephen Skinner，Masatomo Yashima
通讯作者：
Masahiro Shiraiwa，Yu Zhou，Mathew Niania，Stephen Skinner，Masatomo Yashima