【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.13】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5082
利用課題名 / Title
高温超伝導線材の実用化のための応用基盤研究
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
超伝導/ Superconductivity,スパッタリング/ Sputtering
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
松本 明善
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
大井 暁彦,渡辺 英一郎,浦野 絵里,大谷 まさみ
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-615：ICP-RIE装置 [RIE-101iPH]
NM-604：マスクレス露光装置 [DL-1000/NC2P]
NM-510：FIB加工装置（JIB-4000）
NM-641：スパッタ装置 [CFS-4EP-LL #2]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
高温超伝導体は、液体ヘリウム温度である4.2 K 付近における低温高磁界での応用、あるいは液体窒素温度である77 K 付近の高温低磁界での応用が期待されており、その特性に合わせた線材が開発されてきた。近年では水素がエネルギーキャリアとして注目されており、輸送や貯蔵に有利な液体水素となった場合の冷熱を有効利用する観点から、20 K において超伝導状態となり、省エネルギー効果も期待される高温超伝導体の電気機器への応用が期待されている。さらには未来のエネルギー源と期待されているコンパクト核融合発電実現のためには高温超電導線材の利用が必要不可欠になってきている。本研究では超伝導材料発展のために超伝導接続技術の開発と共に超伝導接続部における電流経路の改善を目指して、薄膜やバルク体における電流特性と組織の関係性を明らかにすると共により高い電流密度特性を得るための指針を得ることを目的として研究を行っている。このため、組織と特性の関係性を明らかにするため、薄膜試料の作製及び得られた試料の微細組織観察を行う。
実験 / Experimental
本研究ではSTO（100）基板を使用した。レジストを塗布した基板にマスクレス露光機（NM-604）を用いて、目的とするパターンを形成した。その後、Zr、Nb、Al2O3、SiO2などの材料をこの基板上にスパッタ装置（NM-641)を用いて蒸着し、リフトオフによりレジストを除去することで、パターンとしてのストライプ上の隆起した構造体が残存する。続いて、個人所有のパルスレーザー堆積法により、YBCOやGdBCO薄膜をその上に堆積させた。また、超伝導特性を調査するためにICP-RIE装置（NM-615）によりエッチング処理を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
ストライプ上のパターンを施した薄膜と何も施してない薄膜の間でXRDパターンに有意差はみられなかった。また、表面観察においては個人所有のSEM-EBSD観察結果から、STO基板上に形成されたYBCOは3軸配向していることがわかった。また、FIB（NM-510)で加工した断面観察も行った。これらの膜の光磁気イメージング法による磁気像を取得した結果、バンク領域の非超伝導状態とSTO基板上の超伝導状態を持つ相が分離していることが分かった。Zrストライプ上では結晶方位がずれているが、YBCOが形成されることが確認できている。一方で、NbやAl2O3、SiO2上ではYBCOは形成されず、不純物が多数形成されることが分かってきた。さらにSiO2においては想定したストライプ幅を超えて影響が及んでいることが分かってきた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
DOI（論文・プロシーディング）：
1. 10.1109/tasc.2024.3366159
2. 10.1109/tasc.2024.3362729
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件