取組概要
成蹊⼤学⼤学院理⼯学研究科 三浦正志教授(JST創発的研究⽀援事業・創発研究者、⽶国ロスアラモス国⽴研究所・⻑期客員研究員)は、東京⼤学 ⼤学院総合⽂化研究科 前⽥京剛教授のグループ、⼤学院⼯学系研究科 加藤康之助教、⼭梨⼤学 關⾕尚⼈准教授、ファインセラミックスセンター 加藤丈晴博⼠のグループ、東北⼤学 淡路智教授のグループ、ロスアラモス国⽴研究所 B. Maiorov 博⼠とL. Civale博⼠と共に、新材料設計指針である『磁束ピン⽌め点注３)制御』と『キャリア密度注４)制御』の融合により銅酸化物⾼温超伝導材料YBa2Cu3Oy(Y123)の薄膜線材を創製し、すべての超伝導材料の中で最も⾼い世界最⾼の超伝導臨界電流密度150 MA/cm2を液体ヘリウム沸点温度(269℃)で達成しました。また、本指針により鉄系超伝導材料 BaFe2(As1-xPx)2(Ba122:P)注５)の薄膜においても世界最⾼級の超伝導臨界電流密度を達成し、種類の異なる超伝導材料への有効性を確認しました。
注３）磁束ピン止め点 磁場下の超伝導体内には、量子化された磁束(量子化磁束)が侵入する。この量子化磁束は、超伝導に流れる超伝導電流と磁場によるローレンツ力(電磁場中で運動する荷電粒子が受ける力)を受け、超伝導体内を運動するため、この運動により超伝導電流が流れにくくなる。そこで、超伝導電流向上を目的に、量子化磁束の運動を抑制(ピン止め)するために導入する非超伝導相のことを磁束ピン止め点とよぶ。
注４）キャリア密度 体積あたりの電荷キャリアの個数である。銅酸化物高温超伝導 YBa2Cu3Oyや鉄系超伝導BaFe2(As1-xPx)2 のキャリアは、ホール(物質中で正の電荷を運ぶ担体として振る舞う)である。
注５）鉄系超伝導材料BaFe2(As1-xPx)2 2008 年に東京工業大学の細野秀雄 栄誉教授のグループにより発見された鉄を含む一連の超伝導体群(鉄系超伝導体)の一つで AeFe2As2(Ae はアルカリ土類金属)を母相とした超伝導体。BaFe2(As1-xPx)2の最高超伝導転移温度は、31ケルビン(摂氏マイナス242℃)に達する。
成果
【研究成果のポイント】
◆新材料設計指針により銅酸化物高温超伝導材料 YBa2Cu3Oy注１)の薄膜線材を創製し世界最高の超伝導臨界電流密度150 MA/cm2(1億 5000万アンペア/平方センチメートル)を達成。
◆本研究で創製したYBa2Cu3Oy薄膜線材は、18 テスラ注2)の高磁場下においても、すべての超伝導材料の中で最も高い超伝導臨界電流密度を達成。
◆磁場下で高い超伝導臨界電流が必要な核融合発電、高度医療診断装置、高度分析機器やリニアモーターカーなどの更なる高性能化・低コスト化・コンパクト化が期待される。
注１）銅酸化物高温超伝導材料YBa2Cu3Oy 1987 年にアラバマ大学のマウケン・ウー博士とヒューストン大学のポール・チュウ博士により発見された超伝導材料。超伝導転移温度は、95ケルビン(摂氏マイナス178℃)に達する。
注２）テスラ 磁場(磁束密度)の強さを表し、Tで表記される。
2023.12.25
教育 研究
