広い温度領域に 九州・西日本支部 ピンニング特性

Kyushu Institute

MgB MgB 2 2 の の 広い温度領域に 広い温度領域に おける おける ピンニング特性 ピンニング特性

九工大：九工大：木内木内勝、木村健吾、松下照男勝、木村健吾、松下照男

東大：東大：

山本明保、下山淳一、岸尾光二山本明保、下山淳一、岸尾光二 ^20062006

年度年度

第第11

回回 九州・西日本支部九州・西日本支部 研究会研究会

平成平成 1818

年年77

月月2222

日日

鹿児島大学ベンチャービジネスラボラト鹿児島大学ベンチャービジネスラボラト

Kyushu Institute of T

はじめに はじめに

^„„

MgB MgB

22

„„

金属超伝導体で一番高い臨界温度金属超伝導体で一番高い臨界温度

T T

^cc

= 39 K = 39 K

„„材料材料がが安価安価でで作製が容易作製が容易

20 K 20 K

程度での利用程度での利用

„„

臨界電流特性 臨界電流特性

^„„弱結合の問題はない弱結合の問題はない

? ?

„„

結晶界面によるピンニング結晶界面によるピンニング

目 目 的 的

添加や低温生成により臨界電流密度及び不可逆磁界が向

CC

添加や低温生成により臨界電流密度及び不可逆磁界が向 上することが知られている。ここでは

C

添加や作製条件の違い上することが知られている。ここでは

C

添加や作製条件の違い が臨界電流特性にどのように影響を与えるかを調べる。が臨界電流特性にどのように影響を与えるかを調べる。

Kyushu Institute of T

実 実 験 験

„„

試料： 試料： MgB MgB

バルク（ PICT 法 により 作製 ） バルク（ PICT 法 により 作製 ）

22

35.4 850 , 3 h MgB B C B C MgB #3b

℃（）添加41.540.12

38.6 950 , 12h MgB MgB #4b

℃（高温生成）22

38.2 600

℃

, 24h MgB MgB

（低温生成）

#5b

22

35.5 850 , 3 h MgB SiC SiC MgB #6b

℃（）添加1.800.22

T c

[K]

熱処理条件仕込み

A. Yamamoto et al. Supercond.Sci.Technol.17(2004) 921-925

Kyushu Institute of T

„„

サイズ サイズ

„„

測定 測定

„„

SQUIDSQUID

磁力計磁力計

„„

m ΔΔ m

臨界電流密度臨界電流密度

J J

^cc „„直流帯磁率直流帯磁率臨界温度臨界温度

T T

^cc

0.16 1.50 2.00 #6b 0.16 2.24 2.24 #5b 0.16 2.05 2.09 #4b 0.16 1.98 1.86 #3b t mm w mm l mm

Kyushu Institute of T

結 結 果 果

„„

臨界電流密度 臨界電流密度

0246106

107

108

109

1010

J (A/m c

) 2

B (T)

T/Tc = 0.2 0246106

107

108

109

1010

J (A c 2 /m )

B (T)

T/Tc = 0.8

0246106

107

108

109

1010

J (A c 2 /m )

B (T)

T/Tc = 0.5 0246106

107

108

109

1010

J (A c 2 /m )

B(T)

J (A c 2 /m

) ₂ /m (A ^c J

)

T/Tc = 0.6

#6b

#6b

SiC

SiC○○

#5b low #5b low

TT

○○

#4b

#4b

hig h

highTT○○

#3b#3b BB

⁴⁴

CC

○○

Kyushu Institute of T

„„

ピン力密度のスケール則 ピン力密度のスケール則

00.510

0.51

F / F p pma x

B / Bi

#6b

7K 11K 14K 18K

21K 25K 28K 32K 00.510

0.5

1

F / F p pma x

B / Bi

#4b

8K 12K 15K 19K

23K 27K 31K 35K

00.510

0.51

F / F p pmax

B / Bi

#3b

7K 11K 16K 18K

21K 25K 28K 32K 00.510

0.51 B / Bi

#5b

8K 11K 15K 19K

23K 28K 31K 34K

F / F p pmax

#3b#5b #4b#6b

結晶界面 ピンニング

()

2 21 p1bbF−∝ i/BBb=

#5b#5b

とと#6b#6b

は低は低

温度領域ではス温度領域ではス ケールがずれるケールがずれる

Kyushu Institute of T

„„

高温 高温 生成及び 生成及び B B

44

C C ： ：

全温度領域で全温度領域でほとんど同じピンニング特性ほとんど同じピンニング特性

„„

SiC SiC 添加 添加 及び低温生成： 及び低温生成：

高温領域では高温領域では 高温高温生成及び生成及び

BB

⁴⁴

CC

と同じと同じ

低温で低温で

温度スケール則から外れる温度スケール則から外れる

低温度領域の低温度領域の

BB

ⁱⁱ

が評価できない？が評価できない？

Kyushu Institute of T

„„

不可逆磁界 不可逆磁界

00.5104812 Bⁱ (T)

T / T c

#6b

#6b

SiC

SiC○○

#5b low #5b low

TT

○○

#4b#4b

hig h

highTT

○○

#3b#3b BB

⁴⁴

CC

○○

Kyushu Institute of T

10–1 100 101 102107

108

109

1010

F

p(max)

(N/m ) 3

B i(T)

„„

F F

p(maxp(max))

の温度依存性 の温度依存性

F p(max)∝B i2

#6b

#6b

SiC

SiC○○

#5b low #5b low

TT

○○

#4b

#4b

hig h

highTT

○○

#3b

#3b

BB

⁴⁴

CC

○○

10 Kyushu Institute of T

解析結果 解析結果

„„

臨界電流密度 臨界電流密度

0246106

108

1010 27 K 31 K 35 K

8 K 12 K 15 K 19 K

23 K B (T)

J (A/m c

) 2

#4b

0246106

108

1010 28 K 31 K 34 K

8 K 11 K 15 K 19 K

23 K B (T)

J (A/m c

) 2

#5b 0246106

108

1010 25 K 28 K 32 K

7 K 11 K 16 K 18 K

21 K B (T)

J (A/m c

) 2

#3b 0246106

108

1010 25 K 28 K 32 K

7 K 11 K 14 K 18 K

21 K B (T)

J (A/m c

) 2

#6b

#3b#5b #4b#6b

Kyushu Institute of T

„„

不可逆磁界 不可逆磁界

解析結果解析結果

00.510

4

812 Bⁱ (T)

T / T c

#6b #6b

SiC

SiC

○○

#5b low #5b low

TT

○○

#4b#4b

hig h

highTT

○○

#3b#3b BB

⁴⁴

CC

○○

12 Kyushu Institute of T

16.4

11.68.0

16.0B c2

(0)[T] 1.0-2.0 ( 7–32 K )

0.003

0.3 1.7

8.00×109

#3b 1.0–2.4 ( 7–32 K )

0.01

0.3 1.1

6.00×109

#6b

1.0–3.5 ( 8–34 K )

0.007

0.2 1.2

8.50×109

#5b 1.0-3.0 ( 8–35 K )

0.003

0.2 1.3

5.00×109

#4b

g

2

σ2 γmAm

„„

解析に用いたパラメータ 解析に用いたパラメータ

Kyushu Institute of T

„„

低温 低温 生成 生成 A A

^{m m} が大きく増加が大きく増加

B B

^c2c2

(0) (0)

がやや増加がやや増加

低温度領域でピンニング低温度領域でピンニング 特性が変化特性が変化

„„

C C 添加 添加 AA

がやや増加がやや増加 m m

B B

^c2c2

(0) (0)

が大きく増加が大きく増加

SiCSiC

は低温度領域でピンニは低温度領域でピンニ

ング特性が大きく変化ング特性が大きく変化

σσ

22 が大きいが大きい 超伝導体内が超伝導体内が 不均一不均一

14 Kyushu Institute of T

まとめ まとめ

„

低温生成

結晶組織の微細化によるピン密度結晶組織の微細化によるピン密度

NN

^pp

向上向上

（（間接的に間接的に

f f

^pp

, , B B

^{c2 c2} 向上向上）） „

C 添加

BB

サイトを置換することによるサイトを置換することによる

B B

^{c2 c2} 向上向上

（（間接的に間接的に

f f

^pp向上）向上）

B B

⁴⁴

C C

とと

SiC SiC

の低温度領域のピンニング特性は異なるの低温度領域のピンニング特性は異なる 高温度領域のピンニングは結晶界面高温度領域のピンニングは結晶界面

Kyushu Institute of T

„„

ピンニングを強くするには ピンニングを強くするには

NN

^pp

増加増加 低温生成、機械加工低温生成、機械加工

f

（（

f

増加増加 ^pp

））

„„

高磁界特性を向上させるには高磁界特性を向上させるには

B B

^c2c2

(0) (0)

増加増加

C C

添加添加

„„

全体の最適化全体の最適化

16 Kyushu Institute of T

„

解析結果（ピン力密度のスケール則）

00.510

0.51 25 K 28 K 32 K

7 K 11 K 16 K 18 K

21 K B / Bi

F / F p p(max)

#3b 00.510

0.51 25 K 28 K 32 K

7 K 11 K 14 K 18 K

21 K B / Bi

F / F p p(max)

#6b 00.510

0.51 27 K 31 K 35 K

8 K 12 K 15 K 19 K

23 K B / Bi

F / F p pmax

#4b

00.510

0.51 28 K 31 K 34 K

8 K 11 K 15 K 19 K

23 K B / Bi

F / F p pmax

#5b#3b#5b #4b#6b

Kyushu Institute of T

10–1 100 101 102107

108

109

1010

F

p(max)

(N/m ) 3

B i(T)

„„

解析結果（ 解析結果（ F F

^pp

((maxmax

‐ B ） ‐ B ）

))ⁱⁱ

#6b #6b SiCSiC

○○

#5b low #5b low

TT○○

#4b#4b hig h

highTT○○

#3b#3b B

B ⁴⁴

CC

○○

18 Kyushu Institute of T

„„

磁束クリープ・フローモデル磁束クリープ・フローモデル „クリープによる電界 „フローによる電界 „全体の電界 „ピン力のスケール則

1);(1;0 c0f

ff >−=≤= jJJjE ρ

1;exp1

1;exp1)( exp B

0 0f

B0 B0fcr >

⎥ ⎦

⎤

⎢ ⎣

⎡

⎟⎟ ⎠

⎞

⎜⎜ ⎝

⎛π −−ν=

≤

⎥ ⎦

⎤

⎢ ⎣

⎡

⎟⎟ ⎠

⎞

⎜⎜ ⎝

⎛π −−

⎥ ⎦

⎤

⎢ ⎣

⎡ −

ν= j TkU Ba

j TkjU TkjU BaE j = J/J c0 J c0: 磁束クリープの影響がな い仮想的なJ c a f: 磁束線格子間距離 U: 活性化エネルギー ν 0:磁束バンドルの振動周 波数 U 0:ピンニングポテンシャル ρ f: 磁束フロー抵抗率

2 ff2 crEEE+= δ γ

⎟ ⎠

⎞

⎜ ⎝

⎛ −

⎥ ⎦

⎤

⎢ ⎣

⎡ −=− c2

1 cc011 BB B TT AJ

m A，m，γ，δ:ピンニングパラメータ

Kyushu Institute of T

A m:最頻値 σ2 : 分布の幅を表すパラメータ K:

„ピンニングポテンシャル „ピン力の強さの分布 „電界

⎟ ⎠

⎞

⎜ ⎝

⎛ =

∫

∞ 1)d( 0AAf

g2 :磁束バンドル内の磁束数

( )

^{⎥ ⎦}⎤

⎢ ⎣

⎡ σ− −= 2

2 m 2loglog exp)(AA KAf

()

4123

21 c0B2 0 28350 //

/ BJkg. U π=

∫

^∞ = 0d)()(AAfEJE E

-

J 特性臨界電流密度;J c 不可逆磁界;B i