研究課題別中間評価結果(極限3)


1.研究課題名

 極限環境を用いた超伝導体の臨界状態の解明

2.研究代表者名

 門脇 和男 筑波大学 物質工学系 教授

3.研究概要

 当研究課題では、超伝導体の中でも特に実用化に有望な銅酸化物系化合物を主な研究対象とし、この系に特有な電子構造に起因する磁束系の特異な構造、状態、そのダイナミックス、電磁波との相互作用等の機構を解明して超伝導材料の実用化への基礎的手掛かりを得ること、および新現象を発掘してその応用への可能性を探ることを目的としている。高温超伝導体の特性は、その内部に存在する磁束線の挙動に大きく依存することから、単独及び集団としての磁束線の静的・動的挙動に関する研究は極めて重要である。そこで、高温超伝導体に特有な磁束状態や電子状態を超強磁場、極低温、テラヘルツ領域の電磁波等の極限環境を利用して解明し、超伝導の基本概念の新構築と発展に貢献し、超伝導工学のシーズを育てることによって超伝導の新しい理工学の基礎の確立をめざす。

4.中間評価結果
4-1. 研究の進捗状況と今後の見込み
 実験対象として主にビスマス系、イットリウム系、タリウム系の銅酸化物高温超伝導体を取り上げているが、その他に、超伝導の本質を探る目的でBEDT-TTF系有機超伝導体も用いて実験を行なっている。物性の精密実験には高品質大型単結晶が不可欠であることから作製法としてILSTSFZ法を開発し、サイズ8mmx1cmx0.5mmのビスマス系高温超伝導体単結晶を得ている。
 ビスマス系超伝導体の単結晶試料に高周波の電磁波を照射する実験を行い、電磁波と超伝導状態との相互作用により試料中に縦プラズマと横プラズマが存在することを検証した。また磁束の静的・動的性質、及び磁気相図を調べるため精密な磁化測定、直流・交流伝導度測定、微小ホール素子および走査型ホール素子顕微鏡による局所磁化測定、ジョセフソンプラズマ共鳴測定等の実験を行なった。磁束液体状態を観測する為の共鳴振動子法を現在開発中である。
 高温超伝導体中の磁束状態が結晶欠陥によりピン止めされた場合にどの様な影響を受けるかを調べるため、ビスマス系超伝導体単結晶に重粒子イオン照射して柱状欠陥を、或いは電子線照射して空孔欠陥を導入してプラズマ共鳴実験、磁化測定、電気抵抗測定等を行なった。
 今後は更に局所磁場測定装置及び走査型微小ホール素子顕微鏡を改良し、これらを用いて精度の高い磁束観測を行なって磁束の静的・動的挙動を解明して行く。
4-2. 研究成果の現状と今後の見込み
 本研究課題の遂行上に挙げた成果は以下の様に数多く有り、現在世界中で追究している高温超伝導機構の謎の解明に向けて少なからぬ貢献をしている。以下に主な成果の例を挙げる。
 ビスマス系超伝導体単結晶中における縦プラズマと横プラズマの存在の確認は、素粒子物理学の基本原理「自発的対称性の破れ」の現象を高温超伝導体で初めて検証したことになり、大いに関心を持たれた。ビスマス系の高品質大型単結晶作製技術の確立が持つ超伝導体物性研究上の意義、超伝導デバイス開発上の意義は大きい。またイットリウム系高温超伝導体の良質単結晶を他に先駆けて育成し平衡状態の磁束相図を作成したことも注目に値する。微小ホール素子を開発して超伝導体中の磁化局所ノイズの測定を可能にした。高周波伝導度の測定により磁束格子の融解転移に伴って電子対の破壊が起きていることを示した。重イオン照射により柱状欠陥を導入した試料を用いてジョセフソンプラズマ共鳴実験を行ない、磁束液体相でのリカップリング等の興味深い現象を発見した。
 良質大型単結晶が得られる様になったことから、高温超伝導デバイスとしてマイクロ波通信用デバイス、自走制御デバイス、高記録密度高速メモリー用超伝導単位胞デバイスの開発を目指し、他機関との共同研究を行う計画である。実用化に向けての前進が期待される。
4-3. 総合的評価
 本研究チームを構成する5つのグループがそれぞれの個性を発揮して目一杯に努力して着実に研究を進めており、注目すべき結果を出しつつある。今後各グループ間の疎通を一層高めて行くことが望まれる。

This page updated on Feburary 3, 2000

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