ニホウ化マグネシウム超伝導体における磁束ピンニング機構の解明と実用化基盤研究

二硼化镁超导体磁通钉扎机制的阐明及实际应用的基础研究

• 批准号: 05J11910
• 负责人: 山本 明保
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J11910/
• 关键词: 超電導; 金属系超伝導体; MgB2(ニホウ化マグネシウム); 磁束ピンニング機構; 臨界電流特性; 多結晶バルク体; コネクティビティ; パーコレーションモデル; 超伝導; MgB_2(二ホウ化マグネシウム); 元素置換

実用化に向けて研究開発の進んでいる二ホウ化マグネシウム(MgB2)超伝導体の基礎特性の解明、及び超伝導応用の際に重要な特性パラメータである臨界電流密度の制限機構の解明を目指し研究を行った。本年度の研究結果を以下に箇条書きに記す。(1)常伝導状態における電流制限機構の評価MgB2多結晶体における電気伝導度の抑制の原因を探るため、MgB2粒表面を覆う酸化物絶縁体と空隙の影響を考慮したパーコレーション問題を九州工業大学の松下照男教授と共同で検討した。同等の超伝導特牲と粒間結合を有し、充填密度のみを変化させた一連の試料を解析した結果、MgB2の伝導機構は平均場理論をサイト・パーコレーション系に拡張したモデルにより記述できることが明らかになった。この解析によりMgB2のコネクティビティ(有効伝導度)の制限因子を個別に定量評価できるようになり、MgB2粒の表面の約30%は絶縁酸化膜に覆われ、典型的なMgB2バルク、線材のコネクティビティはわずか10%以下であることを明らかにした。(2)MgB2の臨界電流密度の支配因子の評価コネクティビティの影響を除外した真の残留抵抗値から電子平均自由行程や不純物パラメータ等を理論的に導出し、MgB2のピンニング機構の解析を行った。試料間のピンニングカの違い、及び電子顕微鏡観察から得られた粒径を考慮した臨界電流密度はコネクティビティと相関し、MgB2の支配的なピンニング機構が粒界電子散乱であり、臨界電流密度の決定因子がコネクティビティと粒界ピンの2つであることを明らかにし、それぞれの寄与を定量的に示した。(3)残留磁化法による粒内臨界電流密度の評価残留磁化法によりコネクティビティを評価する研究を米国立強磁場研究所のLarbalestier教授と共同で行った。Beanの臨界状態モデルを元に、一般的に多結晶超伝導材料の残留磁化特性を解析する理論モデルを考え、残留磁気モーメントが飽和する磁場(飽和印加磁場)から粒内に局在化して流れる粒内臨界電流と、試料全体を流れる粒間臨界電流のそれぞれを導出するモデルを開発することに成功した。MgB2多結晶体に対する解析においては、粒内を流れる局所電流と粒界を流れるマクロ電流による磁化を独立に測定することに成功し、粒内臨界電流密度、粒間臨界電流密度とその比で与えられるコネクティビティを求め、局所的には極めて高い臨界電流密度を持つ超伝導電流がMgB2多結晶体内を流れていることを見出した。コネクティビティの影響を除外した真の残留抵抗値から電子平均自由行程や不純物パラメータ等を理論的に導出し、MgB2のピンニング機構の解析を行った。試料間のピンニングカの違い、及び電子顕微鏡観察から得られた粒径を考慮した臨界電流密度はコネクティビティと相関し、MgB2の支配的なピンニング機構が粒界電子散乱であり、臨界電流密度の決定因子がコネクティビティと粒界ピンの2つであることを明らかにし、それぞれの寄与を定量的に示した。(3)残留磁化法による粒内臨界電流密度の評価残留磁化法によりコネクティビティを評価する研究を米国立強磁場研究所のLarbalestier教授と共同で行った。Beanの臨界状態モデルを元に、一般的に多結晶超伝導材料の残留磁化特性を解析する理論モデルを考え、残留磁気モーメントが飽和する磁場(飽和印加磁場)から粒内に局在化して流れる粒内臨界電流と、試料全体を流れる粒間臨界電流のそれぞれを導出するモデルを開発することに成功した。MgB2多結晶体に対する解析においては、粒内を流れる局所電流と粒界を流れるマクロ電流による磁化を独立に測定することに成功し、粒内臨界電流密度、粒間臨界電流密度とその比で与えられるコネクティビティを求め、局所的には極めて高い臨界電流密度を持つ超伝導電流がMgB2多結晶体内を流れていることを見出した。

进行了这项研究是为了阐明二吡啶镁（MGB2）超导体的基本特征，这些超导体目前正在进行研究和开发，并阐明限制关键电流密度的机制，这是应用超导向时的重要特征参数。今年的研究结果在以下列出的标题中列出。 （1）评估正常传导状态下当前限制机制，以调查MGB2多晶体中电导率抑制的原因，我们讨论了氧化物绝缘子的影响以及涵盖MGB2谷物与Kyushuushuushuushuushuushuushusutter of Matsushita teruo Instericate of Matsushita Teruostory of Matsushita terusute ostical osticute of of氧化物的影响。在分析了一系列具有可比超导专业和晶间键的样品之后，仅在填料密度上有所不同，因此可以通过模型来描述MGB2的传导机制，该模型可以将平均场理论扩展到位点渗透系统。该分析允许对MGB2连通性（有效电导率）的限制因子进行单独的定量评估，并揭示了MGB2晶粒表面的30％被绝缘氧化物膜覆盖，并且典型的MGB2散装和电线连接性仅小于10％。 （2）评估MGB2临界电流密度的主要因子电子平均自由路径，杂质参数等是从真正的残留电阻值中得出的，该值不包括连通性的影响，并分析了MGB2的固定机制。考虑到样品之间的固定KER的差异和从电子显微镜观测获得的粒径差异与连通性相关的临界电流密度与连通性相关，表明MGB2的主要固定机制是晶粒边界电子散射，关键电流密度的确定性是连接性和晶界销钉，是每个人的贡献。 （3）使用残余磁化的临界电流密度评估一项研究是与国家强磁场研究所的Larbalestier教授合作进行的，以使用残余磁化来评估连通性。基于豆的临界状态模型，我们考虑了一个理论模型，该模型分析了多晶超导材料的残留磁化特性，并成功开发了一个模型，该模型衍生了从磁场流动的磁场上流动的磁场，其中残留的磁力矩饱和（饱和的磁场）和整个整个样品的临界电流。在对MGB2多晶的分析中，我们成功地测量了由于晶粒内流动的局部电流和流过晶粒边界的巨大电流而引起的磁化，并获得了通过刻度临界临界电流密度和粒度间关键电流密度的比率给出的连通性，并发现与局部临界电流的高度质量流量非常高。从理论上讲，电子平均自由路径，杂质参数等是从真实的残留电阻值中得出的，该值不包括连通性的影响，并分析了MGB2的固定机制。考虑到样品之间的固定KER的差异和从电子显微镜观测获得的粒径差异与连通性相关的临界电流密度与连通性相关，表明MGB2的主要固定机制是晶粒边界电子散射，关键电流密度的确定性是连接性和晶界销钉，是每个人的贡献。 （3）使用残余磁化的临界电流密度评估一项研究是与国家强磁场研究所的Larbalestier教授合作进行的，以使用残余磁化来评估连通性。基于豆的临界状态模型，我们考虑了一个理论模型，该模型分析了多晶超导材料的残留磁化特性，并成功开发了一个模型，该模型衍生了从磁场流动的磁场上流动的磁场，其中残留的磁力矩饱和（饱和的磁场）和整个整个样品的临界电流。在对MGB2多晶的分析中，我们成功地测量了由于晶粒内流动的局部电流和流过晶粒边界的巨大电流而引起的磁化，并获得了通过刻度临界临界电流密度和粒度间关键电流密度的比率给出的连通性，并发现与局部临界电流的高度质量流量非常高。

项目成果

Magneto-Optical Studies on Polycrystalline MgB2 Bulks Manufactured by Different Processes

不同工艺制造的多晶 MgB2 块体的磁光研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 17
• 作者: A.Polyanskii;A.Yamamoto;I.Iwayama;J.Shimoyama;K.Kishio and D.Larbalestier
• 通讯作者: K.Kishio and D.Larbalestier

Reactivity of carbides in synthesis of MgB2 bulks

• DOI: 10.1016/j.physc.2006.05.030
• 发表时间: 2006-10
• 期刊: Physica C-superconductivity and Its Applications
• 影响因子: 1.7
• 作者: A. Yamamoto;J. Shimoyama;S. Ueda;S. Horii;K. Kishio

Limiting Mechanism of Normal-State Connectivity in Polycrystalline MgB2

多晶MgB2常态连通性的限制机制

• 发表时间: 2008
• 作者: A.Yamamoto;J.Shimoyama;S.Ueda;I.Iwayama;Y.Katsura;S.Horii;K.Kishio;A.Yamamoto
• 通讯作者: A.Yamamoto

MgB2多結晶体における電気的結合度と臨界軍流密度の制限機構1の評価(1)-パーコレーションモデルによる電気的結合度の解析

MgB2多晶电连通性和临界电流密度的限制机制1的评价(1)——使用渗流模型分析电连通性

• 发表时间: 2007
• 作者: A.Yamamoto;J.Shimoyama;S.Ueda;I.Iwayama;Y.Katsura;S.Horii;K.Kishio;A.Yamamoto;山本 明保;A.Yamamoto;A.Yamamoto;A.Yamamoto;山本 明保;山本 明保
• 通讯作者: 山本 明保

Effects of rare earth doping on the superconducting properties of MgB2

• DOI: 10.1016/j.physc.2007.04.250
• 发表时间: 2007-10-01
• 期刊: PHYSICA C-SUPERCONDUCTIVITY AND ITS APPLICATIONS
• 影响因子: 1.7
• 作者: Katsura, Y.;Shimoyama, J.;Kishio, K.
• 通讯作者: Kishio, K.