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JP7716751B2 - Multi-core thin film superconducting wire and its manufacturing method - Google Patents

Multi-core thin film superconducting wire and its manufacturing method

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JP7716751B2
JP7716751B2 JP2021189496A JP2021189496A JP7716751B2 JP 7716751 B2 JP7716751 B2 JP 7716751B2 JP 2021189496 A JP2021189496 A JP 2021189496A JP 2021189496 A JP2021189496 A JP 2021189496A JP 7716751 B2 JP7716751 B2 JP 7716751B2
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rare earth
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明善 松本
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Description

本発明は、多芯薄膜超伝導線材、および、その製造方法に関する。 The present invention relates to a multi-core thin-film superconducting wire and its manufacturing method.

高温超伝導材料の1つであるREBaCu7-d(REBCO、RE=Y、Eu、Gd、Sm等の希少元素、RE:Ba:Cu=1:2:3の組成比)超伝導体は、超電導マグネットや省電力化のための電力機器へ応用可能な材料である。超伝導マグネットに応用する上では、交流損失低減および遮蔽磁場の影響低減が必要不可欠である。一方、これらの応用に期待されているいわゆる薄膜超電導線材は薄いテープ状の上でしか高い臨界電流密度を有した材料を作製できない。 REBa 2 Cu 3 O 7-d (REBCO, RE = rare elements such as Y, Eu, Gd, and Sm, with a composition ratio of RE:Ba:Cu = 1:2:3), a type of high-temperature superconductor, is a material that can be applied to superconducting magnets and power-saving electric equipment. For application in superconducting magnets, it is essential to reduce AC losses and the effects of shielding magnetic fields. Meanwhile, the so-called thin-film superconducting wires expected for these applications can only be fabricated as thin tapes, providing materials with high critical current densities.

これらの線材の交流等を含めた既存電力システムへの適用を考えた場合、安定して電流を流すことが出来る、交流損失を防ぐ、遮蔽磁場低減目的で、細線化のプロセスを経る必要がある。これまで、細線化は機械的に裁断を行ったり、レーザースクライビング法と呼ばれるレーザーによる複数の溝を作ったりする後加工の必要があった。 When considering applying these wires to existing power systems, including AC, a thinning process is necessary to ensure stable current flow, prevent AC losses, and reduce shielding magnetic fields. Until now, thinning required mechanical cutting or post-processing, such as creating multiple grooves with a laser, a method known as laser scribing.

近年、後加工を必要としない細線化のプロセスが開発された(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1によれば、金属有機化合物溶液を塗布した後、所定の熱処理を施して酸化物超電導薄膜を形成する塗布熱分解法による超電導線材の製造に用いられる超電導線材用基板に関し、金属有機化合物溶液の塗膜の形成を回避する塗膜非形成部が、超電導線材用基板の長さ方向に沿って、幅方向に少なくとも1つ以上設けられていることを開示する。 In recent years, a thinning process that does not require post-processing has been developed (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses that a superconducting wire substrate used in the manufacture of superconducting wire by a coating pyrolysis method, in which a metal organic compound solution is applied and then a specified heat treatment is performed to form a thin oxide superconducting film, has at least one or more non-coating portions along the length and width of the superconducting wire substrate to prevent the formation of a coating of the metal organic compound solution.

特許文献1によれば、塗膜非形成部の撥液性を利用するため、酸化物超伝導薄膜の形成は、溶液を用いた塗布熱分解に制限される。そのため、塗膜非形成部の除去、ならびに、酸化物の形成のため、熱処理を必要とする。 According to Patent Document 1, in order to utilize the liquid repellency of the non-coated areas, the formation of oxide superconducting thin films is limited to thermal decomposition using a solution. Therefore, heat treatment is required to remove the non-coated areas and form the oxide.

特開2011-124167号公報JP 2011-124167 A

以上から、本発明の課題は、後加工なしに製造可能な多芯薄膜超伝導線材、および、その製造方法を提供することである。 Based on the above, the objective of the present invention is to provide a multi-core thin-film superconducting wire that can be manufactured without post-processing, and a method for manufacturing the same.

本発明による多芯薄膜超伝導線材は、基板と、前記基板上に位置する複数の非超伝導層と、前記基板と前記複数の非超伝導層との上に位置する希土類系酸化物薄膜とを備え、前記希土類系酸化物薄膜は、ドープまたはアンドープの希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)および酸素(O)を含有し、一般式REBaCu7-d(ここで、0≦d≦0.8)を満たし、前記基板は、前記希土類系酸化物薄膜の配向基板であり、これにより上記課題を解決する。
前記複数の非超伝導層上に位置する前記希土類系酸化物薄膜の結晶性は、前記基板上に位置する前記希土類系酸化物薄膜のそれよりも低くてよい。
前記複数の非超伝導層上に位置する希土類系酸化物薄膜は、不純物相をさらに含有してもよい。
前記不純物相は、酸化銅、および/または、YBaCuO(4≦x≦6)であってもよい。
前記複数の非超伝導層は、超伝導性を有さない金属材料または酸化物材料であってもよい。
前記金属材料または酸化物材料は、800℃を超える融点を有してもよい。
前記金属材料は、ジルコニウム(Zr)、銀(Ag)、ニオブ(Nb)、金(Au)、ハフニウム(Hf)、コバルト(Co)、ゲルマニウム(Ge)、白金(Pt)、および、シリコン(Si)からなる群から選択されてもよい。
前記酸化物は、バリウム複合酸化物(BaMO、ただし、Mは、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)およびスズ(Sn)からなる群から選択される)であってもよい。
前記酸化物は、酸化アルミニウム(Al)、酸化ケイ素(SiO)、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化セリウム(CeO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、および、酸化ハフニウム(HfO)からなる群から選択されてもよい。
前記複数の非超伝導層の幅は、100nm以上20μm以下の範囲を満たしてもよい。
前記複数の非超伝導層の幅は、1μm以上20μm以下の範囲を満たしてもよい。
前記複数の非超伝導層の厚さは、100nm以上1μm以下の範囲を満たしてもよい。
前記希土類系酸化物薄膜の厚さは、100nm以上500nm以下の範囲を満たしてもよい。
前記基板は、酸化マグネシウム(MgO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、アルミン酸ランタン(LaAlO)、アルミニウムタンタル酸ストロンチウム(SAT;SrAlTaO)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、ガリウム酸ランタン(LaGaO)、ガリウム酸ネオジウム(NdGaO)、ガリウム酸プラセオジウム(PrGaO)、イットリウムアルミネート(YAlO)、錫酸バリウム(BaSnO)、ジルコン酸バリウム(BaZrO)、ネオジウムタンタル酸バリウム(BaNdTaO)、錫酸ストロンチウム(SrSnO)、錫酸カルシウム(CaSnO)、ストロンチウムガリウム酸ランタン(LaSrGaO)、ランタンストロンチウムアルミネート(LaSrAlO)、酸化セリウム(CeO)、酸化イットリウム(Y)、(LaAlO0.3-(SrAl0.5Ta0.50.7(LSAT)、酸化マグネシウム(MgO)、および、サファイアからなる群から選択される酸化物であってもよい。
前記基板は、二軸配向性基板であってもよい。
前記希土類系酸化物薄膜には、ジルコン酸バリウム(BaZrO)、錫酸バリウム(BaSnO)、ハフニウム酸バリウム(BaHfO)、および、金(Au)からなる群から選択される材料からなるナノロッドがドープされていてもよい。
前記複数の非超伝導層の間隔は、100nm以上1mm以下の範囲を満たしてもよい。
本発明による上記多芯薄膜超伝導線材の製造方法は、基材上にリソグラフィ技術またはプリンディング技術を用いて複数の非超伝導層を形成することと、前記基板と前記複数の非超伝導層との上に希土類系酸化物薄膜を形成することとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記複数の非超伝導層を形成することは、室温で行ってもよい。
前記希土類系酸化物薄膜を形成することは、物理的気相成長法、化学的気相成長法、および、液相成長法からなる群から選択される手法を用いてもよい。
A multi-core thin film superconducting wire according to the present invention comprises a substrate, a plurality of non-superconducting layers disposed on the substrate, and a rare earth oxide thin film disposed on the substrate and the plurality of non-superconducting layers, wherein the rare earth oxide thin film contains a doped or undoped rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu) and oxygen (O) and satisfies the general formula REBa 2 Cu 3 O 7-d (where 0≦d≦0.8), and the substrate is a textured substrate for the rare earth oxide thin film, thereby solving the above-mentioned problems.
The rare earth oxide thin film located on the plurality of non-superconducting layers may have lower crystallinity than the rare earth oxide thin film located on the substrate.
The rare earth oxide thin film located on the plurality of non-superconducting layers may further contain an impurity phase.
The impurity phase may be copper oxide and/or Y 2 BaCuO x (4≦x≦6).
The plurality of non-superconducting layers may be made of a metal material or an oxide material that does not have superconductivity.
The metallic or oxide material may have a melting point above 800°C.
The metallic material may be selected from the group consisting of zirconium (Zr), silver (Ag), niobium (Nb), gold (Au), hafnium (Hf), cobalt (Co), germanium (Ge), platinum (Pt), and silicon (Si).
The oxide may be a barium composite oxide (BaMO 3 , where M is selected from the group consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb) and tin (Sn)).
The oxide may be selected from the group consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), cerium oxide (CeO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and hafnium oxide (HfO 2 ).
The width of the plurality of non-superconducting layers may be in the range of 100 nm to 20 μm.
The width of the plurality of non-superconducting layers may be in the range of 1 μm to 20 μm.
The thickness of the plurality of non-superconducting layers may be in the range of 100 nm to 1 μm.
The thickness of the rare earth oxide thin film may be in the range of 100 nm to 500 nm.
The substrate may be made of any of a variety of materials, including magnesium oxide (MgO), strontium titanate (SrTiO 3 ), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ), strontium aluminum tantalate (SAT; Sr 2 AlTaO 6 ), yttria-stabilized zirconia (YSZ), lanthanum gallate (LaGaO 3 ), neodymium gallate (NdGaO 3 ), praseodymium gallate (PrGaO 3 ), yttrium aluminate (YAlO 3 ), barium stannate (BaSnO 3 ), barium zirconate (BaZrO 3 ), neodymium barium tantalate (Ba 2 NdTaO 6 ), strontium stannate (SrSnO 3 ), calcium stannate (CaSnO 3 ), and strontium lanthanum gallate (LaSrGaO 4 ) . ), lanthanum strontium aluminate (LaSrAlO 4 ), cerium oxide (CeO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), (LaAlO 3 ) 0.3 -(SrAl 0.5 Ta 0.5 O 3 ) 0.7 (LSAT), magnesium oxide (MgO), and sapphire.
The substrate may be a biaxially textured substrate.
The rare earth oxide thin film may be doped with nanorods made of a material selected from the group consisting of barium zirconate ( BaZrO3 ), barium stannate ( BaSnO3 ), barium hafnate ( BaHfO3 ), and gold (Au).
The spacing between the plurality of non-superconducting layers may be in the range of 100 nm to 1 mm.
The method for manufacturing the above-mentioned multi-core thin film superconducting wire according to the present invention includes forming a plurality of non-superconducting layers on a substrate using lithography or printing technology, and forming a rare earth oxide thin film on the substrate and the plurality of non-superconducting layers, thereby solving the above-mentioned problem.
Forming the plurality of non-superconducting layers may occur at room temperature.
The rare earth oxide thin film may be formed by a method selected from the group consisting of physical vapor deposition, chemical vapor deposition, and liquid phase deposition.

本発明による多芯薄膜超伝導線材は、基板と、その上に位置する複数の非超伝導層と、それら基板と複数の非超伝導層との上に位置する、ドープまたはアンドープの希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)および酸素(O)を含有し、一般式REBaCu7-d(ここで、0≦d≦0.8)を満たす希土類系酸化物薄膜とを備える。基板は、希土類系酸化物薄膜の配向基板であるため、基板上に位置する希土類系酸化物薄膜は、基板に対して配向しており、優れた超伝導性を示す。一方、複数の非超伝導層上に位置する希土類系酸化物薄膜の結晶性は、基板上に位置する希土類系酸化物薄膜のそれよりも低くなる。このような結晶方位の乱れにより、複数の非超伝導層上に位置する希土類系酸化物薄膜では、超伝導電流が流れにくくなる。その結果、超伝導性を示し、超伝導電流が流れやすい領域と、超伝導電流が流れにくい領域とが繰り返され、多芯薄膜超伝導線材として機能し得る。 A multi-core thin-film superconducting wire according to the present invention comprises a substrate, a plurality of non-superconducting layers disposed thereon, and a rare earth-based oxide thin film disposed on the substrate and the plurality of non-superconducting layers, the rare earth-based oxide thin film containing a doped or undoped rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O) and satisfying the general formula REBa 2 Cu 3 O 7-d (where 0≦d≦0.8). Because the substrate is an orientation substrate for rare earth-based oxide thin films, the rare earth-based oxide thin film disposed on the substrate is oriented relative to the substrate and exhibits excellent superconductivity. Meanwhile, the crystallinity of the rare earth-based oxide thin film disposed on the plurality of non-superconducting layers is lower than that of the rare earth-based oxide thin film disposed on the substrate. This disturbance in crystal orientation makes it difficult for superconducting current to flow through the rare earth-based oxide thin film disposed on the plurality of non-superconducting layers. As a result, the wire exhibits superconductivity, and alternates between regions where superconducting current easily flows and regions where superconducting current does not easily flow, and can function as a multi-core thin film superconducting wire.

本発明による多芯薄膜超伝導線材の製造方法は、基材上にリソグラフィ技術またはプリンディング技術を用いて複数の非超伝導層を形成することと、それら基板と複数の非超伝導層との上に希土類系酸化物薄膜を形成することとを包含する。単に、複数の非超伝導層を含む基板上に希土類系酸化物薄膜を形成するだけでよいため、複数の非超伝導層を除去する必要もなく、後加工も不要である。 The method for manufacturing multi-core thin-film superconducting wire according to the present invention involves forming multiple non-superconducting layers on a substrate using lithography or printing techniques, and then forming a rare earth oxide thin film on the substrate and the multiple non-superconducting layers. Because it is simply a matter of forming a rare earth oxide thin film on a substrate containing multiple non-superconducting layers, there is no need to remove the multiple non-superconducting layers, and no post-processing is required.

本発明による多芯薄膜超伝導線材を示す模式図Schematic diagram showing a multi-core thin-film superconducting wire according to the present invention. 本発明による多芯薄膜超伝導線材の細部を示す模式図Schematic diagram showing details of a multi-core thin-film superconducting wire according to the present invention. 本発明による多芯薄膜超伝導線材の製造工程を示すフローチャートFlowchart showing the manufacturing process of the multi-core thin film superconducting wire according to the present invention 例1~例3の多芯薄膜超伝導線材を製造する工程を示すプロシージャProcedure showing the steps for manufacturing multifilamentary thin film superconducting wires of Examples 1 to 3 例1および例2で用いた複数の非超伝導層を備えるSTO基板表面の光学顕微鏡像を示す図FIG. 1 shows an optical microscope image of the surface of an STO substrate having multiple non-superconducting layers used in Examples 1 and 2. 例1および例2で用いた複数の非超伝導層を備えるSTO基板表面のSEM像を示す図FIG. 1 shows an SEM image of the surface of an STO substrate having multiple non-superconducting layers used in Examples 1 and 2. 例1および例2で用いた複数の非超伝導層を備えるSTO基板表面のレーザ顕微鏡像を示す図FIG. 1 shows a laser microscope image of the surface of an STO substrate having multiple non-superconducting layers used in Examples 1 and 2. 例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の表面のSEM像を示す図1 shows SEM images of the surfaces of the multi-core thin film superconducting wires of Examples 1 to 3. 例1の多芯薄膜超伝導線材の表面のXRDパターンを示す図FIG. 1 shows an XRD pattern of the surface of the multi-core thin film superconducting wire of Example 1. 例1の多芯薄膜超伝導線材の電気抵抗の温度依存性を示す図FIG. 1 is a diagram showing the temperature dependence of the electrical resistance of the multi-core thin-film superconducting wire of Example 1. 例1の多芯薄膜超伝導線材の磁気偏向像を示す図1 shows a magnetic deflection image of the multi-core thin-film superconducting wire of Example 1. 例1の多芯薄膜超伝導線材の断面のSTEM像STEM image of the cross section of the multifilamentary thin-film superconducting wire of Example 1 例1の多芯薄膜超伝導線材の断面のTEM像TEM image of the cross section of the multi-core thin film superconducting wire of Example 1 例1の多芯薄膜超伝導線材の表面のEBSD像EBSD image of the surface of the multifilamentary thin-film superconducting wire of Example 1 図14のZr膜上の希土類酸化物薄膜のEBSD像から算出した結晶方位の傾きの分布を示す図FIG. 15 is a diagram showing the distribution of the inclination of the crystal orientation calculated from the EBSD image of the rare earth oxide thin film on the Zr film in FIG. 14. 例1の多芯薄膜超伝導線材の断面のEDXマッピングEDX mapping of the cross section of the multifilamentary thin film superconducting wire of Example 1

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。
図1は、本発明による多芯薄膜超伝導線材を示す模式図である。
図2は、本発明による多芯薄膜超伝導線材の細部を示す模式図である。柔軟多孔体を示す模式図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that like elements are designated by like numbers and their description will be omitted.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a multi-core thin film superconducting wire according to the present invention.
2 is a schematic diagram showing details of a multi-core thin film superconducting wire according to the present invention.

本発明の多芯薄膜超伝導線材100は、基板110と、基板110上に位置する複数の非超伝導層120と、基板110と非超伝導層120との上に位置する希土類系酸化物薄膜130とを備える。ここで、希土類系酸化物薄膜130は、ドープまたはアンドープの希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)および酸素(O)を含有し、一般式REBaCu7-d(ここで、0≦d≦0.8)である。さらに、基板110は、希土類系酸化物薄膜130の配向基板であるため、基板110上の希土類系酸化物薄膜130は、基板110に対して配向している。 The multi-core thin film superconducting wire 100 of the present invention comprises a substrate 110, a plurality of non-superconducting layers 120 disposed on the substrate 110, and a rare earth-based oxide thin film 130 disposed on the substrate 110 and the non-superconducting layer 120. The rare earth-based oxide thin film 130 contains a doped or undoped rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu), and oxygen (O), and has the general formula REBa 2 Cu 3 O 7-d (where 0≦d≦0.8). Furthermore, since the substrate 110 is a textured substrate for the rare earth-based oxide thin film 130, the rare earth-based oxide thin film 130 on the substrate 110 is textured with respect to the substrate 110.

一般式REBaCu7-d(ここで、0≦d≦0.8)で表される希土類系酸化物薄膜は、酸素欠損型の層状ペロブスカイト構造を有しており、REとその上下にある超伝導を発現させるCuO面からなる超伝導層と、BaO面とCuO鎖で構成されるブロック層が、交互に積み重なって構成されており、ペロブスカイト構造を有し、超伝物質として知られている。 A rare earth oxide thin film expressed by the general formula REBa 2 Cu 3 O 7-d (where 0≦d≦0.8) has an oxygen-deficient layered perovskite structure, and is composed of an alternating stack of superconducting layers consisting of RE and CuO 2 planes above and below it that exhibit superconductivity, and block layers consisting of BaO planes and CuO chains, and has a perovskite structure, and is known as a superconducting material.

希土類元素REは、好ましくは、ルテチウム(Lu)、イッテルビウム(Yb)、ツリウム(Tm)、エルビウム(Er)、ホルミウム(Ho)、ジスプロシウム(Dy)、ガドリニウム(Gd)、ユーロピウム(Eu)、および、サマリウム(Sm)からなる群から少なくとも1種選択される。希土類元素REの選択により、臨界温度Tcが変化し得るので、用途に応じて選択すればよい。 The rare earth element RE is preferably at least one selected from the group consisting of lutetium (Lu), ytterbium (Yb), thulium (Tm), erbium (Er), holmium (Ho), dysprosium (Dy), gadolinium (Gd), europium (Eu), and samarium (Sm). The critical temperature Tc can be changed depending on the rare earth element RE selected, so it should be selected according to the application.

希土類系酸化物薄膜130には、超伝導電流を向上させるため、ピンニングセンタとしてナノロッドを有してもよい。このようなナノロッドは、好ましくは、ジルコン酸バリウム(BaZrO)、錫酸バリウム(BaSnO)、ハフニウム酸バリウム(BaHfO)、および、金(Au)からなる群から選択される材料からなる。中でも、ジルコン酸バリウムは、希土類系酸化物薄膜130と同じペロブスカイト構造を有するため、超伝導特性の低下させないため好ましい。 The rare earth-based oxide thin film 130 may have nanorods as pinning centers to improve the superconducting current. Such nanorods are preferably made of a material selected from the group consisting of barium zirconate ( BaZrO3 ), barium stannate ( BaSnO3 ), barium hafnate ( BaHfO3 ), and gold (Au). Among these, barium zirconate is preferred because it has the same perovskite structure as the rare earth-based oxide thin film 130 and therefore does not deteriorate the superconducting properties.

このようなナノロッドのドープ量は、好ましくは、5mol%以上15mol%以下の範囲である。この範囲であれば、希土類系酸化物薄膜130の結晶構造を維持し、超伝導性を低下させることなく、超伝導電流を向上できる。 The doping amount of such nanorods is preferably in the range of 5 mol% to 15 mol%. This range maintains the crystal structure of the rare earth oxide thin film 130 and improves the superconducting current without reducing superconductivity.

このように、基板110上に位置する希土類系酸化物薄膜130は、基板110に対して配向しており、優れた超伝導性を示す。一方、複数の非超伝導層120上に位置する希土類系酸化物薄膜130は、超伝導電流が流れにくくなり、超伝導性を示しにくい。その結果、希土類系酸化物薄膜130を物理的に裁断することなく、超伝導電流が流れやすい領域と、超伝導電流が流れにくい領域とが繰り返されるので、多芯化・細線化された多芯薄膜超伝導線材として機能し得る。 In this way, the rare earth-based oxide thin film 130 located on the substrate 110 is oriented relative to the substrate 110 and exhibits excellent superconductivity. On the other hand, the rare earth-based oxide thin film 130 located on multiple non-superconducting layers 120 is less likely to allow superconducting current to flow and is less likely to exhibit superconductivity. As a result, regions where superconducting current flows easily and regions where superconducting current does not flow easily are repeated without physically cutting the rare earth-based oxide thin film 130, allowing it to function as a multi-core, thin-wired multi-core thin-film superconducting wire.

基板110は、希土類系酸化物薄膜130を配向させる基板であれば、特に制限はないが、例示的には、酸化マグネシウム(MgO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、アルミン酸ランタン(LaAlO)、アルミニウムタンタル酸ストロンチウム(SAT;SrAlTaO)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、ガリウム酸ランタン(LaGaO)、ガリウム酸ネオジウム(NdGaO)、ガリウム酸プラセオジウム(PrGaO)、イットリウムアルミネート(YAlO)、錫酸バリウム(BaSnO)、ジルコン酸バリウム(BaZrO)、ネオジウムタンタル酸バリウム(BaNdTaO)、錫酸ストロンチウム(SrSnO)、錫酸カルシウム(CaSnO)、ストロンチウムガリウム酸ランタン(LaSrGaO)、ランタンストロンチウムアルミネート(LaSrAlO)、酸化セリウム(CeO)、酸化イットリウム(Y)、(LaAlO0.3-(SrAl0.5Ta0.50.7(LSAT)、酸化マグネシウム(MgO)、および、サファイアからなる群から選択される酸化物である。これらは、希土類系酸化物薄膜130の配向基板として知られている。 The substrate 110 is not particularly limited as long as it is a substrate that orients the rare earth oxide thin film 130, but examples thereof include magnesium oxide (MgO), strontium titanate ( SrTiO3 ), lanthanum aluminate ( LaAlO3 ), strontium aluminum tantalate (SAT; Sr2AlTaO6 ), yttria -stabilized zirconia (YSZ), lanthanum gallate ( LaGaO3 ), neodymium gallate ( NdGaO3 ), praseodymium gallate ( PrGaO3 ), yttrium aluminate (YAlO3), barium stannate ( BaSnO3 ), barium zirconate ( BaZrO3 ), neodymium barium tantalate ( Ba2NdTaO6 ), strontium stannate ( SrSnO3 ), calcium stannate (CaSnO3 ) , and the like . ), lanthanum strontium gallate (LaSrGaO 4 ), lanthanum strontium aluminate (LaSrAlO 4 ), cerium oxide (CeO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), (LaAlO 3 ) 0.3 -(SrAl 0.5 Ta 0.5 O 3 ) 0.7 (LSAT), magnesium oxide (MgO), and sapphire. These are known as texture substrates for the rare earth-based oxide thin film 130.

例えば、MgOを基板として用いる場合、面方位{100}のMgO単結晶基板を用いれば、希土類系酸化物薄膜130をc軸配向させることができる。希土類系酸化物薄膜130は、配向していれば結晶方位に制限はなく、c軸配向に限らない。当業者であれば、希土類系酸化物薄膜130の結晶方位に合わせて、上述した酸化物からなる単結晶基板およびsの面方位を適宜選択し得る。 For example, when using MgO as the substrate, the rare earth-based oxide thin film 130 can be c-axis oriented by using an MgO single crystal substrate with a {100} plane orientation. The rare earth-based oxide thin film 130 is not limited to a c-axis orientation as long as it is oriented. Those skilled in the art can appropriately select a single crystal substrate made of the oxides described above and an s-plane orientation to match the crystal orientation of the rare earth-based oxide thin film 130.

あるいは、基板110は、二軸配向性基板であってもよい。二軸配向性基板は、金属基板上に面内配向した中間層を形成した基板であり、希土類系酸化物薄膜130に使用されることが知られている。 Alternatively, the substrate 110 may be a biaxially textured substrate. A biaxially textured substrate is a substrate in which an in-plane textured intermediate layer is formed on a metal substrate, and is known to be used for the rare earth oxide thin film 130.

以降では分かりやすさのために、基板110上に位置する希土類系酸化物薄膜130を単に希土類系酸化物薄膜210(図2)と称し、複数の非超伝導層120上に位置する希土類系酸化物薄膜130を単に希土類系酸化物薄膜220(図2)と称する。 For ease of understanding, hereafter, the rare earth-based oxide thin film 130 located on the substrate 110 will be simply referred to as the rare earth-based oxide thin film 210 (Figure 2), and the rare earth-based oxide thin film 130 located on the multiple non-superconducting layers 120 will be simply referred to as the rare earth-based oxide thin film 220 (Figure 2).

希土類系酸化物薄膜220の結晶性は、好ましくは、希土類系酸化物薄膜210のそれよりも低い。結晶性の違いは、結晶方位の乱れに基づく。結晶方位が乱れた希土類系酸化物薄膜220では、配向した希土類系酸化物薄膜210に比べて、超伝導電流が流れにくくなる。このような結晶方位の乱れ、すなわち結晶性の違いは、走査型電子顕微鏡による後方散乱電子回折(EBSD)によって確認でき、希土類系酸化物薄膜220が、希土類系酸化物薄膜210の結晶方位と異なる結晶方位の面を有せばよい。EBSD像を参照すれば、単に色の違いで判別できる。 The crystallinity of the rare earth-based oxide thin film 220 is preferably lower than that of the rare earth-based oxide thin film 210. The difference in crystallinity is due to a disorder in the crystal orientation. A rare earth-based oxide thin film 220 with a disordered crystal orientation has a lower tendency to allow superconducting current to flow than an oriented rare earth-based oxide thin film 210. This disorder in crystal orientation, i.e., a difference in crystallinity, can be confirmed by electron backscatter diffraction (EBSD) using a scanning electron microscope; it is sufficient if the rare earth-based oxide thin film 220 has a plane with a crystal orientation different from that of the rare earth-based oxide thin film 210. By referring to the EBSD image, the difference can be distinguished simply by the difference in color.

なお、希土類系酸化物薄膜210の結晶性と希土類系酸化物薄膜220のそれとの間に差があれば特に制限はないが、好ましくは、希土類系酸化物薄膜220におけるab面内の隣接する結晶方位の傾きの平均が4゜以上であれば、超伝導電流が流れにくくなり、多芯線化を促進できる。本願明細書では、結晶方位の傾きは、結晶粒100個に対して、隣接する結晶粒の結晶方位の傾きを算出し、平均したものとする。 There are no particular limitations as long as there is a difference between the crystallinity of the rare earth-based oxide thin film 210 and that of the rare earth-based oxide thin film 220, but preferably, if the average tilt of adjacent crystal orientations in the ab plane in the rare earth-based oxide thin film 220 is 4° or more, superconducting current will be less likely to flow and multifilamentary wire can be facilitated. In this specification, the tilt of the crystal orientation is defined as the average of the tilt of the crystal orientations of adjacent crystal grains calculated for 100 crystal grains.

簡便には、希土類系酸化物薄膜220が、結晶粒100個に対して、希土類系酸化物薄膜210の結晶の主要な結晶方位と異なる結晶方位を有する結晶粒を10%以上80%以下の範囲で含有すれば、傾きの平均が4°以上とみなせる。より好ましくは、希土類系酸化物薄膜220が、結晶粒100個に対して、希土類系酸化物薄膜210の結晶の主要な結晶方位と異なる結晶方位を有する結晶粒を35%以上45%以下の範囲で含有すればよい。 Simply put, the average tilt can be considered to be 4° or greater if, per 100 crystal grains, the rare earth-based oxide thin film 220 contains 10% to 80% crystal grains that have a crystal orientation different from the main crystal orientation of the crystals of the rare earth-based oxide thin film 210. More preferably, the rare earth-based oxide thin film 220 only needs to contain 35% to 45% crystal grains per 100 crystal grains that have a crystal orientation different from the main crystal orientation of the crystals of the rare earth-based oxide thin film 210.

希土類系酸化物薄膜220は、好ましくは、不純物相230を含有する。希土類系酸化物薄膜220中に含有される不純物相230は、超伝導性を示さない。このため、希土類系酸化物薄膜130を物理的に裁断することなく、超伝導性を示す領域と、超伝導性を示さない/超伝導性を示しにくい領域とが繰り返されるので、多芯薄膜超伝導線材として機能し得る。 The rare earth-based oxide thin film 220 preferably contains an impurity phase 230. The impurity phase 230 contained in the rare earth-based oxide thin film 220 does not exhibit superconductivity. Therefore, regions that exhibit superconductivity and regions that do not exhibit superconductivity/are unlikely to exhibit superconductivity are repeated without physically cutting the rare earth-based oxide thin film 130, allowing it to function as a multi-core thin film superconducting wire.

このような不純物相230は、好ましくは、酸化銅、および/または、YBaCuO(4≦x≦6)である。これらはいずれも超伝導性を示さない。不純物相230の含有量は、好ましくは、5vol%以上100vol%未満の範囲であってよい。この範囲であれば、超伝導性を示さないため、多芯線化を促進できる。なお、不純物相230を有することは、含有量は、走査電子顕微鏡などに付属している元素マッピング等によって測定される。なお、希土類系酸化物薄膜220の多くが不純物相からなっても、希土類系酸化物薄膜130全体に占める希土類系酸化物薄膜220の割合は極めて小さいため、X線回折によれば、希土類系酸化物薄膜130全体は、一般式REBaCu7-d(ここで、0≦d≦0.8)を満たすといえ、本発明はこのような場合も含む。不純物相230の含有量は、より好ましくは、5vol%以上20vol%以下の範囲であってよい。少ない不純物量で多芯線化を可能にする。 Such impurity phase 230 is preferably copper oxide and/or Y 2 BaCuO x (4≦x≦6). Neither of these exhibits superconductivity. The content of the impurity phase 230 may preferably be in the range of 5 vol % or more and less than 100 vol %. Within this range, the impurity phase 230 does not exhibit superconductivity, thereby facilitating multifilamentary wire formation. The presence of the impurity phase 230 can be determined by elemental mapping or the like attached to a scanning electron microscope or the like. Even if the rare earth-based oxide thin film 220 is largely made up of the impurity phase, the proportion of the rare earth-based oxide thin film 220 in the entire rare earth-based oxide thin film 130 is extremely small. Therefore, according to X-ray diffraction, the entire rare earth-based oxide thin film 130 can be said to satisfy the general formula REBa 2 Cu 3 O 7-d (where 0≦d≦0.8), and the present invention also includes such a case. The content of the impurity phase 230 may more preferably be in the range of 5 vol % to 20 vol %. A small amount of impurities allows for multifilamentary wire.

希土類系酸化物薄膜220の幅に対する希土類系酸化物薄膜210の幅の比は、好ましくは、1以上1000以下である。これにより、多芯薄膜超伝導線材として機能する。希土類系酸化物薄膜220の幅に対する希土類系酸化物薄膜210の幅の比は、より好ましくは、10以上500以下であってよい。 The ratio of the width of the rare earth-based oxide thin film 210 to the width of the rare earth-based oxide thin film 220 is preferably 1 or more and 1000 or less. This allows the wire to function as a multi-core thin-film superconducting wire. The ratio of the width of the rare earth-based oxide thin film 210 to the width of the rare earth-based oxide thin film 220 may more preferably be 10 or more and 500 or less.

複数の非超伝導層120は、超伝導性を有さない材料からなれば特に制限はないが、好ましくは、超伝導性を有さない金属材料または酸化物材料である。 The multiple non-superconducting layers 120 may be made of any material that does not have superconductivity, but are preferably made of a metal or oxide material that does not have superconductivity.

超伝導性を有さない金属材料または酸化物材料は、好ましくは、800℃を超える融点を有する材料からなる。これにより、後述する製造プロセスにおいて、希土類系酸化物薄膜130と非超伝導層120とが反応することを防ぐことができる。なお、融点の上限は特に制限はないが、例えば、金属材料であれば2000℃以下、酸化物材料であれば3000℃以下であってよい。 The non-superconducting metal or oxide material is preferably made of a material with a melting point above 800°C. This prevents the rare earth oxide thin film 130 from reacting with the non-superconducting layer 120 during the manufacturing process described below. There is no particular upper limit to the melting point, but it may be, for example, 2000°C or lower for metal materials and 3000°C or lower for oxide materials.

超伝導性を有さない金属材料は、例示的には、ジルコニウム(Zr)、銀(Ag)、ニオブ(Nb)、金(Au)、ハフニウム(Hf)、コバルト(Co)、ゲルマニウム(Ge)、白金(Pt)、および、シリコン(Si)からなる群から選択される。これらの金属材料は、室温にて基板上に成膜可能であり、800℃を超える融点を有する。これらの金属材料の上であれば、希土類系酸化物薄膜230は、多結晶化するか、または、配向しても配向性は低くなる。 The non-superconducting metal material is illustratively selected from the group consisting of zirconium (Zr), silver (Ag), niobium (Nb), gold (Au), hafnium (Hf), cobalt (Co), germanium (Ge), platinum (Pt), and silicon (Si). These metal materials can be deposited on a substrate at room temperature and have melting points above 800°C. If deposited on these metal materials, the rare earth oxide thin film 230 will either become polycrystalline or, if oriented, will have low orientation.

超伝導性を有さない酸化物材料は、例示的には、バリウム複合酸化物(BaMO、ただし、Mは、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)およびスズ(Sn)からなる群から選択される)である。この複合酸化物は、室温にて基板上に成膜可能であり、800℃を超える融点を有する。このような複合酸化物は、希土類系酸化物薄膜との反応性が低いため、希土類系酸化物薄膜230の形成を促進する。 An example of an oxide material that does not have superconductivity is barium composite oxide ( BaMO3 , where M is selected from the group consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb), and tin (Sn). This composite oxide can be formed into a film on a substrate at room temperature and has a melting point exceeding 800°C. Such a composite oxide has low reactivity with rare earth-based oxide thin films, and therefore promotes the formation of the rare earth-based oxide thin film 230.

あるいは、超伝導性を有さない酸化物材料は、酸化アルミニウム(Al)、酸化ケイ素(SiO)、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化セリウム(CeO)、酸化ジルコニウム(ZrO)、および、酸化ハフニウム(HfO)からなる群から選択されてもよい。これらの酸化物は、室温にて基板上に成膜可能であり、800℃を超える融点を有する。これらの酸化物の上であれば、希土類系酸化物薄膜220は、多結晶化するか、または、配向しても配向性は低くなる。 Alternatively, the non-superconducting oxide material may be selected from the group consisting of aluminum oxide ( Al2O3 ), silicon oxide ( SiO2 ), titanium oxide ( TiO2 ), zinc oxide (ZnO), cerium oxide ( CeO2 ), zirconium oxide ( ZrO2 ), and hafnium oxide ( HfO2 ). These oxides can be deposited on a substrate at room temperature and have melting points above 800°C. If deposited on these oxides, the rare earth-based oxide thin film 220 will be polycrystalline or will be poorly oriented, if at all.

非超伝導層120の幅は、上述した希土類系酸化物薄膜220を形成できる限り、特に制限はないが、好ましくは、100nm以上20μm以下の範囲を満たす。100nm以上であれば、口述するリソグラフィ技術またはプリンティング技術を採用できるので、好ましい。線材の大きさを考慮すると、20μmを上限とするとよい。 There are no particular restrictions on the width of the non-superconducting layer 120, as long as it is possible to form the rare earth oxide thin film 220 described above, but it is preferable that it be in the range of 100 nm to 20 μm. A width of 100 nm or more is preferable because it allows the use of the lithography or printing techniques described above. Considering the size of the wire, it is best to set the upper limit at 20 μm.

非超伝導層120の幅は、より好ましくは、1μm以上20μm以下の範囲を満たす。この範囲であれば、非超伝導層20上の希土類系酸化物薄膜220は、結晶性が低くなり、不純物相230を有し得る。 The width of the non-superconducting layer 120 more preferably falls within the range of 1 μm to 20 μm. Within this range, the rare earth oxide thin film 220 on the non-superconducting layer 20 will have low crystallinity and may contain impurity phases 230.

非超伝導層120の間隔は、好ましくは、100nm以上1mm以下の範囲を満たす。これにより、多芯薄膜超伝導線材として機能する。非超伝導層120の間隔は、より好ましくは、10μm以上500μm以下の範囲を満たす。非超伝導層120の間隔は、なお好ましくは、30μm以上100μm以下の範囲を満たす。これにより、交流損失を効率的に抑制し、遮蔽磁場の影響を低減した多芯薄膜超伝導線材を提供できる。 The spacing between the non-superconducting layers 120 preferably falls within the range of 100 nm to 1 mm. This allows the wire to function as a multi-core thin-film superconducting wire. The spacing between the non-superconducting layers 120 more preferably falls within the range of 10 μm to 500 μm. The spacing between the non-superconducting layers 120 is even more preferably within the range of 30 μm to 100 μm. This allows the wire to efficiently suppress AC losses and reduce the effects of shielding magnetic fields.

非超伝導層120の厚さは、特に制限はないが、好ましくは、100nm以上1μm以下の範囲である。この範囲であれば、非超伝導層20上の希土類系酸化物薄膜220は、結晶性が低くなり、不純物相230を有し得る。非超伝導層120の厚さは、より好ましくは、100nm以上500nm以下の範囲である。 The thickness of the non-superconducting layer 120 is not particularly limited, but is preferably in the range of 100 nm to 1 μm. Within this range, the rare earth oxide thin film 220 on the non-superconducting layer 20 will have low crystallinity and may contain an impurity phase 230. The thickness of the non-superconducting layer 120 is more preferably in the range of 100 nm to 500 nm.

本発明の多芯薄膜超伝導線材100は、物理的に裁断することなく希土類系酸化物薄膜が多芯化されているので、交流損失が抑制され、遮蔽磁場が低減される。このような多芯薄膜超伝導線材100は、電力機器、医療用加速器、核融合炉などに適用される。 The multi-core thin-film superconducting wire 100 of the present invention is made by multi-cored rare earth oxide thin films without physically cutting them, which suppresses AC loss and reduces shielding magnetic fields. Such multi-core thin-film superconducting wire 100 is applicable to electric power equipment, medical accelerators, nuclear fusion reactors, etc.

次に、本発明の多芯薄膜超伝導線材100の製造方法を説明する。
図3は、本発明による多芯薄膜超伝導線材の製造工程を示すフローチャートである。
Next, a method for manufacturing the multi-core thin film superconducting wire 100 of the present invention will be described.
FIG. 3 is a flow chart showing the manufacturing process of a multi-filamentary thin film superconducting wire according to the present invention.

本発明の多芯薄膜超伝導線材100は、以下の製造工程を包含する。
ステップS310:基材上にリソグラフィ技術またはプリンディング技術を用いて複数の非超伝導層を形成すること。
ステップS320:基板と複数の非超伝導層との上に希土類系酸化物薄膜を形成すること。
The multi-core thin film superconducting wire 100 of the present invention includes the following manufacturing steps.
Step S310: Forming a plurality of non-superconducting layers on a substrate using lithography or printing techniques.
Step S320: forming a rare earth-based oxide thin film on the substrate and the plurality of non-superconducting layers.

このように、基板上に複数の非超伝導層を形成し、その上に希土類系酸化物薄膜を形成するだけで、希土類系酸化物薄膜の物理的な裁断などの後加工を不要とし、非超伝導層を除去する必要もなく、本発明の多芯薄膜超伝導線材が製造される。 In this way, the multi-core thin-film superconducting wire of the present invention can be manufactured simply by forming multiple non-superconducting layers on a substrate and then forming a rare earth oxide thin film on top of them, without the need for post-processing such as physical cutting of the rare earth oxide thin film, and without the need to remove the non-superconducting layers.

各ステップについて詳細に説明する。なお、基板、非超伝導層、および、希土類系酸化物薄膜は、図1および図2を参照して説明したとおりであるため、説明を省略する。 Each step will be described in detail. Note that the substrate, non-superconducting layer, and rare earth oxide thin film are as described with reference to Figures 1 and 2, so their description will be omitted.

ステップS310では、リソグラフィ技術またはプリンティング技術を用い、基板にレジストをパターニングする。レジストは、光や電子線等によって現像液に対する溶解性が変化する組成物であってよい。レジストに、例えばレーザー露光装置装置により、基板の長手方向に複数の線状のパターンを描画し、現像すると、光が照射された照射部のみが除去される。 In step S310, resist is patterned on the substrate using lithography or printing technology. The resist may be a composition whose solubility in a developer changes when exposed to light or an electron beam. Multiple linear patterns are drawn on the resist in the longitudinal direction of the substrate using, for example, a laser exposure device, and when developed, only the irradiated areas are removed.

リソグラフィ技術は、既存のフォトリソグラフィあるいは電子線リソグラフィのいずれであってもよい。プリンティング技術は、既存のナノインプリントを採用できる。 The lithography technology can be either the existing photolithography or electron beam lithography. The printing technology can be the existing nanoimprint technology.

レジストがパターニングされた基板上に、物理的気相成長法(真空蒸着法、分子線蒸着法、レーザアブレーションによるPLD(Physical Laser Deposition)法、分子線エピタキシー、各種スパッタなど)により非超伝導層を形成する。レジストを用いたプロセスを考慮すれば、非超伝導層は、室温(8℃以上35℃以下の範囲)で成膜される。その後、溶剤等を用いてレジストを除去することにより、基板上に基板長手方向に複数の非超伝導層を形成できる。 A non-superconducting layer is formed on a substrate with a patterned resist by physical vapor deposition (vacuum deposition, molecular beam deposition, PLD (Physical Laser Deposition) using laser ablation, molecular beam epitaxy, various sputtering methods, etc.). Considering the process using resist, the non-superconducting layer is formed at room temperature (between 8°C and 35°C). The resist is then removed using a solvent or other method, forming multiple non-superconducting layers on the substrate in the longitudinal direction.

ステップS320では、上述の物理的気相成長法、化学的気相成長法(MOCVD法、フラッシュCVD法を含む各種のCVD法など)、化学的液相成長法(ゾル-ゲル法や有機金属化合物分解(MOD)法、液相式ミスト成膜(LSMCD法など)等により、複数の非超伝導層が形成された基板上に希土類系酸化物薄膜を形成する。 In step S320, a rare earth oxide thin film is formed on the substrate on which multiple non-superconducting layers have been formed by the above-mentioned physical vapor deposition method, chemical vapor deposition method (such as MOCVD and various CVD methods including flash CVD), chemical liquid phase deposition method (such as the sol-gel method or metal organic decomposition (MOD) method), or liquid phase mist deposition (such as the LSMCD method).

ステップS320において、複数の非超伝導層が形成された基板上に単に希土類系酸化物薄膜を形成するだけで、基板直上にある希土類系酸化物薄膜は、配向基板により基板に対して配向するよう成長し、非超伝導直上にある希土類系酸化物薄膜は、結晶性が低くなり得、不純物相を有し得る。その結果、図1、図2に示す本発明の多芯薄膜超伝導線材100が得られる。 In step S320, simply forming a rare earth-based oxide thin film on a substrate with multiple non-superconducting layers formed thereon causes the rare earth-based oxide thin film directly above the substrate to grow oriented relative to the substrate due to the orientation substrate, and the rare earth-based oxide thin film directly above the non-superconducting layer may have low crystallinity and may contain impurity phases. As a result, the multi-core thin film superconducting wire 100 of the present invention shown in Figures 1 and 2 is obtained.

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。 The present invention will now be described in detail using specific examples, but please note that the present invention is not limited to these examples.

[例1~例3]
例1~例3では、フォトリソグラフィ技術を用いて、基板と、その上に種々の幅の複数の非超伝導層と、それらの上に希土類系酸化物薄膜とを備えた多芯薄膜超伝導線材を製造した。基板として面方位(001)STiO単結晶基板(STO基板)を用い、非超伝導層としてZr膜またはAg膜を用い、希土類系酸化物薄膜として、10%BaZrOナノロッドドープまたはアンドープYBaCu膜を用いた。
[Examples 1 to 3]
In Examples 1 to 3, multi-core thin-film superconducting wires were fabricated using photolithography. The substrate was a (001) STiO3 single crystal substrate (STO substrate), the non-superconducting layers were Zr or Ag films , and the rare earth oxide thin films were 10% BaZrO3 nanorod-doped or undoped YBa2Cu3O7 films .

図4は、例1~例3の多芯薄膜超伝導線材を製造する工程を示すプロシージャである。 Figure 4 shows the procedure for manufacturing the multi-core thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3.

STO基板410(5mm×5mm)にレジスト420(東京応化工業株式会社製、OFPR800LB)を塗布し、マスクレス露光装置(株式会社ナノシステムソリューションズ、DL-1000)を用いて、レジスト420をパターニングした。これにより、露光された部分のレジストが除去され、STO基板410の長手方向に線状の複数のレジスト420aとなった。 A resist 420 (OFPR800LB, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied to an STO substrate 410 (5 mm x 5 mm), and the resist 420 was patterned using a maskless exposure system (DL-1000, manufactured by Nano System Solutions Co., Ltd.). This removed the exposed portions of the resist, leaving multiple linear resists 420a extending along the length of the STO substrate 410.

図4では分かりやすさのために、等間隔に位置する3本の線状のレジスト420aを模式的に示すが、実際には、5本の線状のレジストがあり、それらの間隔は、2μm、5μm、10μm、15μmの順であった。 For ease of understanding, Figure 4 shows three equally spaced linear resists 420a, but in reality there were five linear resists, spaced apart in the order of 2 μm, 5 μm, 10 μm, and 15 μm.

次に、RFマグネトロンスパッタリング装置(芝浦メカトロニクス社製、CFD-4EP-LL(4G))を用いて、Zr膜(300nm)またはAg膜(300nm)である非超伝導層430を形成した。スパッタリング条件を表1に示す。 Next, a non-superconducting layer 430, which was a Zr film (300 nm) or an Ag film (300 nm), was formed using an RF magnetron sputtering device (Shibaura Mechatronics Corporation, CFD-4EP-LL (4G)). The sputtering conditions are shown in Table 1.

レジスト除去液(MicroChem社製、RemoverPG)にこれを浸漬し、レジスト420aを除去した。これにより、STO基板410上に線状の複数の非超伝導層430aを形成した。 The substrate was then immersed in a resist remover (Remover PG, manufactured by MicroChem) to remove the resist 420a. This resulted in the formation of multiple linear non-superconducting layers 430a on the STO substrate 410.

得られたSTO基板410上の非超伝導層430aを、光学顕微鏡(キーエンス社製、VHX-1000)、走査型電子顕微鏡(SEM、日立ハイテク社製、SU-70)およびレーザ顕微鏡(キーエンス社製、VK-X1100)を用いて観察した。結果を図5~図7に示す。 The resulting non-superconducting layer 430a on the STO substrate 410 was observed using an optical microscope (Keyence Corporation, VHX-1000), a scanning electron microscope (SEM, Hitachi High-Tech Corporation, SU-70), and a laser microscope (Keyence Corporation, VK-X1100). The results are shown in Figures 5 to 7.

複数の非超伝導層430aが形成されたSTO基板410上に、パルスレーザデポジション装置(アルバック社製)を用いて、アンドープまたは10%BaZrOナノロッドドープYBaCuである希土類系酸化物薄膜440を形成した。PLD条件を表2に示す。ターゲットは、TEP社から入手した。 A rare earth oxide thin film 440, which was undoped or 10% BaZrO nanorod -doped YBa2Cu3O7 , was formed on an STO substrate 410 with multiple non-superconducting layers 430a using a pulsed laser deposition system (manufactured by ULVAC). The PLD conditions are shown in Table 2. The target was obtained from TEP.

簡単のため、例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の実験条件を表3に示す。
For simplicity, the experimental conditions for the multi-core thin film superconducting wires of Examples 1 to 3 are shown in Table 3.

このようにして得られた、例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の表面をSEMにより観察した。結果を図8に示す。例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の希土類酸化物薄膜についてX線回折装置(トライSE社製、TRY-HA)を用い、X線回折を行った。結果を図9に示す。例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の希土類酸化物薄膜について、電気抵抗の温度依存性を測定した。結果を図10に示す。 The surfaces of the multi-core thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3 obtained in this manner were observed using an SEM. The results are shown in Figure 8. X-ray diffraction was performed on the rare earth oxide thin films of the multi-core thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3 using an X-ray diffractometer (TRY-HA, manufactured by TRY SE). The results are shown in Figure 9. The temperature dependence of electrical resistance was measured on the rare earth oxide thin films of the multi-core thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3. The results are shown in Figure 10.

例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の表面を磁気偏向観察装置により観察した。結果を図11に示す。例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の断面の様子を、エネルギー分散型X線分光装置(EDX)を搭載した走査型透過電子顕微鏡(STEM、JEOL社製、JEM-ARM200F-G)により観察した。これらの結果を図12~図13に示す。例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の表面のEBSD像を上述のSEMにより調べた。結果を図14および図15に示す。さらに、例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の細部の元素分析をEDXにより行った。結果を図16に示す。 The surfaces of the multicore thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3 were observed using a magnetic deflection observation device. The results are shown in Figure 11. The cross-sectional appearances of the multicore thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3 were observed using a scanning transmission electron microscope (STEM, JEOL, JEM-ARM200F-G) equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX). These results are shown in Figures 12 and 13. EBSD images of the surfaces of the multicore thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3 were examined using the SEM described above. The results are shown in Figures 14 and 15. Furthermore, detailed elemental analysis of the multicore thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3 was performed using EDX. The results are shown in Figure 16.

以上の結果をまとめて説明する。
図5は、例1および例2で用いた複数の非超伝導層を備えるSTO基板表面の光学顕微鏡像を示す図である。
図6は、例1および例2で用いた複数の非超伝導層を備えるSTO基板表面のSEM像を示す図である。
図7は、例1および例2で用いた複数の非超伝導層を備えるSTO基板表面のレーザ顕微鏡像を示す図である。
The above results will be summarized.
FIG. 5 shows an optical microscope image of the surface of the STO substrate having multiple non-superconducting layers used in Examples 1 and 2.
FIG. 6 shows an SEM image of the surface of the STO substrate having multiple non-superconducting layers used in Examples 1 and 2.
FIG. 7 shows a laser microscope image of the surface of the STO substrate having multiple non-superconducting layers used in Examples 1 and 2.

図5において、グレースケールが暗く示される領域が、Zr膜である非超伝導層であり、複数の線状の非超伝導層がSTO基板上に形成されたことを確認した。図5の左から、非超伝導層の幅は、2μm、5μm、10μm、15μmの順であった。 In Figure 5, the dark grayscale areas are non-superconducting layers made of Zr films, and it was confirmed that multiple linear non-superconducting layers were formed on the STO substrate. From the left in Figure 5, the widths of the non-superconducting layers were 2 μm, 5 μm, 10 μm, and 15 μm.

図6は、幅15μmのZr膜である非超伝導層を拡大して示す。リソグラフィ技術により非超伝導層の境界は明瞭であった。図7(B)は、幅15μmのZr膜である非超伝導層のメイン画像(図7(A))の表面の凹凸の計測画像である。図7(B)において、グレースケールが暗く示される領域が300nmの高さに相当し、Zr膜である非超伝導層の厚さは、300nmであった。なお、図示しないが、例3のAg膜である非超伝導層も同様の様態を示し、厚さは300nmであった。 Figure 6 shows an enlarged view of the non-superconducting layer, a 15 μm-wide Zr film. Lithography technology clearly defined the boundary of the non-superconducting layer. Figure 7(B) is a measurement image of the surface irregularities of the main image (Figure 7(A)) of the non-superconducting layer, a 15 μm-wide Zr film. In Figure 7(B), the dark grayscale area corresponds to a height of 300 nm, and the thickness of the non-superconducting layer, a Zr film, was 300 nm. Although not shown, the non-superconducting layer, an Ag film, of Example 3 also exhibited a similar appearance and was 300 nm thick.

図8は、例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の表面のSEM像を示す図である。 Figure 8 shows SEM images of the surfaces of the multi-core thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3.

図8(A)~(C)は、それぞれ、例1~例3の多芯薄膜超伝導線材の表面を示し、分かりやすさのために、非超伝導層に相当する領域を点線で示す。 Figures 8(A) to (C) show the surfaces of the multi-core thin-film superconducting wires of Examples 1 to 3, respectively, and for ease of understanding, the areas corresponding to the non-superconducting layers are indicated by dotted lines.

図8(A)および(B)によれば、STO基板直上の希土類系酸化物薄膜も、非超伝導層直上の希土類系酸化物薄膜も、いずれも均一な様態であった。図8(B)には、ナノロッドの存在が確認された。一方、図8(C)は、STO基板直上の希土類系酸化物薄膜と、非超伝導層直上の希土類系酸化物薄膜とで様態が異なって示されるが、積算回数が異なっているためである。 Figures 8(A) and (B) show that both the rare earth oxide thin film directly on the STO substrate and the rare earth oxide thin film directly on the non-superconducting layer were uniform in appearance. The presence of nanorods was confirmed in Figure 8(B). On the other hand, Figure 8(C) shows that the rare earth oxide thin film directly on the STO substrate and the rare earth oxide thin film directly on the non-superconducting layer appear differently, due to the different number of integration times.

図9は、例1の多芯薄膜超伝導線材の表面のXRDパターンを示す図である。 Figure 9 shows the XRD pattern of the surface of the multi-core thin-film superconducting wire of Example 1.

図9によれば、00Lの回折ピークのみが観察され、希土類系酸化物薄膜は、全体としてc軸配向したYBaCuであると同定された。図示しないが、例2および例3においても、c軸配向した10%BaZrOナノロッドドープYBaCuまたはアンドープYBaCuであることを確認した。 9, only the diffraction peak of 00L was observed, and the rare earth oxide thin film was identified as c-axis oriented YBa 2 Cu 3 O 7 as a whole. Although not shown, it was also confirmed in Examples 2 and 3 that the thin films were c-axis oriented 10% BaZrO 3 nanorod-doped YBa 2 Cu 3 O 7 or undoped YBa 2 Cu 3 O 7 .

図10は、例1の多芯薄膜超伝導線材の電気抵抗の温度依存性を示す図である。 Figure 10 shows the temperature dependence of the electrical resistance of the multi-core thin-film superconducting wire of Example 1.

図10によれば、例1のアンドープYBaCuである希土類系酸化物薄膜は、臨界温度Tc=85.9Kにおいて超伝導となることが分かった。この臨界温度はこれまでYBaCuにおいて報告のある臨界温度と同様であった。図示しないが、例2および例3の希土類系酸化物薄膜も同様に超伝導となることが分かった。 10, it was found that the rare earth oxide thin film of undoped YBa 2 Cu 3 O 7 of Example 1 became superconducting at a critical temperature Tc of 85.9 K. This critical temperature was similar to the critical temperature previously reported for YBa 2 Cu 3 O 7. Although not shown, it was also found that the rare earth oxide thin films of Examples 2 and 3 became superconducting in a similar manner.

図11は、例1の多芯薄膜超伝導線材の磁気偏向像を示す図である。 Figure 11 shows a magnetic deflection image of the multi-core thin-film superconducting wire of Example 1.

図11によれば、グレースケールが明るく示される4本の線を境として、領域が磁気的に明確に分割されており、希土類系酸化物薄膜が多芯化されていることが分かった。この4本の線は、Zr膜である非超伝導層であり、Zr膜上のYBaCuでは、超伝導電流が流れにくいことを示唆する。図示しないが、例2~例3の多芯薄膜超伝導線材も、同様の磁気偏向像を示した。 11, it was found that the regions were clearly magnetically divided along the four bright grayscale lines, and that the rare earth oxide thin film was multifilamentary. These four lines are non-superconducting Zr films, suggesting that superconducting current does not easily flow in YBa 2 Cu 3 O 7 on the Zr film. Although not shown, the multifilamentary thin film superconducting wires of Examples 2 and 3 also showed similar magnetic deflection images.

以上から、基板と、基板上に位置する複数の非超伝導層と、これらの上に位置する希土類系酸化物薄膜とを備え、希土類系酸化物薄膜は、ドープまたはアンドープの希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)および酸素(O)を含有し、一般式REBaCu7-d(ここで、0≦d≦0.8)を満たし、基板は、希土類系酸化物薄膜の配向基板である、多芯薄膜超伝導線材であれば、物理的に裁断することなく、希土類系酸化物薄膜が多芯化されることが示された。 From the above, it has been shown that if a multi-core thin-film superconducting wire is provided with a substrate, a plurality of non-superconducting layers located on the substrate, and a rare earth-based oxide thin film located thereon, the rare earth-based oxide thin film containing a doped or undoped rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu) and oxygen (O) and satisfying the general formula REBa 2 Cu 3 O 7-d (where 0≦d≦0.8), and the substrate is an orientation substrate for the rare earth-based oxide thin film, the rare earth-based oxide thin film can be multi-cored without physical cutting.

図12は、例1の多芯薄膜超伝導線材の断面のSTEM像である。
図13は、例1の多芯薄膜超伝導線材の断面のTEM像である。
FIG. 12 is an STEM image of a cross section of the multi-core thin film superconducting wire of Example 1.
FIG. 13 is a TEM image of a cross section of the multi-core thin film superconducting wire of Example 1.

図12および図13によれば、STO基板上にZr膜である非超伝導層、その上にYBaCuである希土類系酸化物薄膜がある領域と、STO基板直上にYBaCuである希土類系酸化物薄膜がある領域とが確認された。 12 and 13, a region in which a non-superconducting layer, which is a Zr film, is on the STO substrate and a rare earth oxide thin film, which is YBa2Cu3O7 , is on top of that, and a region in which a rare earth oxide thin film, which is YBa2Cu3O7 , is on top of the STO substrate, were confirmed.

図14は、例1の多芯薄膜超伝導線材の表面のEBSD像である。 Figure 14 is an EBSD image of the surface of the multi-core thin-film superconducting wire of Example 1.

図14ではグレースケールで示すが、実際にはカラー画像であり、同じ明度は同じ結晶方位であることを示す。図14においてSTO基板直上の希土類酸化物薄膜210の結晶方位は、実質的に100方位に揃っていた。一方、Zr膜直上の希土類酸化物薄膜220の結晶方位は、明らかにランダムであった。このことから、Zr膜直上の希土類酸化物薄膜220の結晶性は、STO基板直上の希土類酸化物薄膜210のそれよりも低いことが分かった。図示しないが、例2~例3の多芯薄膜超伝導線材の断面も同様の様態であった。 Figure 14 shows the image in grayscale, but it is actually a color image, with the same brightness indicating the same crystal orientation. In Figure 14, the crystal orientation of the rare earth oxide thin film 210 directly on the STO substrate was essentially aligned in the 100 direction. On the other hand, the crystal orientation of the rare earth oxide thin film 220 directly on the Zr film was clearly random. This indicates that the crystallinity of the rare earth oxide thin film 220 directly on the Zr film was lower than that of the rare earth oxide thin film 210 directly on the STO substrate. Although not shown, the cross sections of the multi-core thin film superconducting wires of Examples 2 and 3 also had a similar appearance.

図15は、図14のZr膜上の希土類酸化物薄膜のEBSD像から算出した結晶方位の傾きの分布を示す図である。 Figure 15 shows the distribution of crystal orientation tilt calculated from the EBSD image of the rare earth oxide thin film on the Zr film in Figure 14.

図15によれば、Zr膜上の希土類酸化物薄膜220は、60%を超える結晶粒が同じ結晶方位を有するが、残りの40%の結晶粒は結晶方位にばらつきがあり、主要な結晶方位に対して5°~80°まで広く傾いて分布していることが分かった。図示しないが、STO基板直上の希土類酸化物薄膜210のab面内の隣接する結晶方位の傾きは2°以下であり、実質100%の結晶粒が同じ結晶方位であり、上述の60%の結晶粒と同じ結晶方位であった。 Figure 15 shows that in the rare earth oxide thin film 220 on the Zr film, over 60% of the crystal grains have the same crystal orientation, but the remaining 40% of the crystal grains have varying crystal orientations, with a wide distribution of inclinations from 5° to 80° relative to the main crystal orientation. Although not shown, the inclination of adjacent crystal orientations within the ab plane of the rare earth oxide thin film 210 directly on the STO substrate is 2° or less, meaning that essentially 100% of the crystal grains have the same crystal orientation, the same as the aforementioned 60% of the crystal grains.

図16は、例1の多芯薄膜超伝導線材の断面のEDXマッピングである。 Figure 16 shows EDX mapping of the cross section of the multi-core thin-film superconducting wire of Example 1.

図16(A)は、Zr膜直上のYBaCuのEDXマッピングであり、図16(B)は、STO基板直上のYBaCuのEDXマッピングである。図16(A)と図16(B)とを比較すると、とりわけY、Ba、Cuの組成が異なることが分かる。このことからも、Zr膜直上の希土類酸化物薄膜の結晶性は、STO基板直上の希土類酸化物薄膜のそれよりも低くなり得、不純物相を有し得ることが分かる。さらに、EDXマッピングによれば、Zr膜直上の希土類酸化物薄膜は、不純物相として酸化銅(CuO)を含有しており、5vol%以上の含有量であることが分かった。測定領域をZr膜直上の希土類酸化物薄膜全体に単純換算しても、不純物相の含有量は20vol%以下であると考える。図示しないが、例2~例3の多芯薄膜超伝導線材の断面も同様の様態であった。 FIG. 16(A) shows EDX mapping of YBa 2 Cu 3 O 7 directly on the Zr film, and FIG. 16(B) shows EDX mapping of YBa 2 Cu 3 O 7 directly on the STO substrate. Comparing FIG. 16(A) and FIG. 16(B) reveals differences in the compositions of Y, Ba, and Cu, among others. This also suggests that the crystallinity of the rare earth oxide thin film directly on the Zr film may be lower than that of the rare earth oxide thin film directly on the STO substrate, and that it may contain impurity phases. Furthermore, EDX mapping revealed that the rare earth oxide thin film directly on the Zr film contains copper oxide (CuO) as an impurity phase, with a content of 5 vol% or more. Even if the measurement area is simply converted to the entire rare earth oxide thin film directly on the Zr film, the content of the impurity phase is considered to be 20 vol% or less. Although not shown, the cross sections of the multicore thin film superconducting wires of Examples 2 and 3 also had similar appearances.

本発明の多芯薄膜超伝導線材の製造方法は、後加工なしに多芯化できるため、実用化に有利である。本発明の多芯薄膜超伝導線材は、物理的な裁断などをすることなく、細線化されているので、交流損失が抑制され、遮蔽磁場が低減される。このような多芯薄膜超伝導線材は、電力機器、医療用加速器、核融合炉などに適用される。 The manufacturing method for multi-core thin-film superconducting wire of the present invention is advantageous for practical use because it allows for multi-core formation without post-processing. The multi-core thin-film superconducting wire of the present invention is thinned without physical cutting, thereby suppressing AC loss and reducing shielding magnetic fields. Such multi-core thin-film superconducting wire is applicable to electric power equipment, medical accelerators, nuclear fusion reactors, etc.

100 多芯薄膜超伝導線材
110 基板
120、430、430a 非超伝導層
130、210、220、440 希土類系酸化物薄膜
230 不純物相
410 STO基板
420、420a レジスト
100 Multi-core thin film superconducting wire 110 Substrate 120, 430, 430a Non-superconducting layer 130, 210, 220, 440 Rare earth oxide thin film 230 Impurity phase 410 STO substrate 420, 420a Resist

Claims (15)

基板と、
前記基板上に位置する、線状の複数の非超伝導層と、
前記基板と前記複数の非超伝導層との上に位置する希土類系酸化物薄膜と
を備え、
前記希土類系酸化物薄膜は、ドープまたはアンドープの希土類元素(RE)、バリウム(Ba)、銅(Cu)および酸素(O)を含有し、一般式REBaCu7-d(ここで、0≦d≦0.8)を満たし、
前記基板は、前記希土類系酸化物薄膜の配向基板であり、
前記複数の非超伝導層は、ジルコニウム(Zr)、銀(Ag)、ニオブ(Nb)、金(Au)、ハフニウム(Hf)、コバルト(Co)、ゲルマニウム(Ge)、白金(Pt)、および、シリコン(Si)からなる群から選択される金属材料であるか、または、バリウム複合酸化物(BaMO、ただし、Mは、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)およびスズ(Sn)からなる群から選択される)である酸化物材料である、多芯薄膜超伝導線材。
A substrate;
a plurality of linear non-superconducting layers positioned on the substrate;
a rare earth oxide thin film disposed on the substrate and the plurality of non-superconducting layers;
The rare earth oxide thin film contains a doped or undoped rare earth element (RE), barium (Ba), copper (Cu) and oxygen (O), and satisfies the general formula REBa 2 Cu 3 O 7-d (where 0≦d≦0.8);
the substrate is a substrate for texture of the rare earth oxide thin film,
The plurality of non-superconducting layers are made of a metal material selected from the group consisting of zirconium (Zr), silver (Ag), niobium (Nb), gold (Au), hafnium (Hf), cobalt (Co), germanium (Ge), platinum (Pt), and silicon (Si), or an oxide material that is barium composite oxide ( BaMO3 , where M is selected from the group consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb), and tin (Sn)).
前記複数の非超伝導層上に位置する前記希土類系酸化物薄膜の結晶性は、前記基板上に位置する前記希土類系酸化物薄膜のそれよりも低い、請求項1に記載の多芯薄膜超伝導線材。 The multi-core thin-film superconducting wire of claim 1, wherein the crystallinity of the rare earth oxide thin film located on the plurality of non-superconducting layers is lower than that of the rare earth oxide thin film located on the substrate. 前記複数の非超伝導層上に位置する希土類系酸化物薄膜は、不純物相をさらに含有する、請求項1または2に記載の多芯薄膜超伝導線材。 The multi-core thin-film superconducting wire according to claim 1 or 2, wherein the rare earth oxide thin films located on the plurality of non-superconducting layers further contain an impurity phase. 前記不純物相は、酸化銅、および/または、YBaCuO(4≦x≦6)である、請求項3に記載の多芯薄膜超伝導線材。 4. The multi-core thin film superconducting wire according to claim 3, wherein the impurity phase is copper oxide and/or Y2BaCuOx ( 4≤x≤6 ). 前記複数の非超伝導層の幅は、100nm以上20μm以下の範囲を満たす、請求項1~4のいずれかに記載の多芯薄膜超伝導線材。 A multi-core thin-film superconducting wire according to any one of claims 1 to 4, wherein the widths of the multiple non-superconducting layers are in the range of 100 nm to 20 μm. 前記複数の非超伝導層の幅は、1μm以上20μm以下の範囲を満たす、請求項5に記載の多芯薄膜超伝導線材。 The multi-core thin-film superconducting wire of claim 5, wherein the widths of the multiple non-superconducting layers are in the range of 1 μm to 20 μm. 前記複数の非超伝導層の厚さは、100nm以上1μm以下の範囲を満たす、請求項1~6のいずれかに記載の多芯薄膜超伝導線材。 A multi-core thin-film superconducting wire according to any one of claims 1 to 6, wherein the thicknesses of the multiple non-superconducting layers are in the range of 100 nm to 1 μm. 前記希土類系酸化物薄膜の厚さは、100nm以上500nm以下の範囲を満たす、請求項1~7のいずれかに記載の多芯薄膜超伝導線材。 A multi-core thin-film superconducting wire according to any one of claims 1 to 7, wherein the thickness of the rare earth oxide thin film is in the range of 100 nm to 500 nm. 前記基板は、酸化マグネシウム(MgO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、アルミン酸ランタン(LaAlO)、アルミニウムタンタル酸ストロンチウム(SAT;SrAlTaO)、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)、ガリウム酸ランタン(LaGaO)、ガリウム酸ネオジウム(NdGaO)、ガリウム酸プラセオジウム(PrGaO)、イットリウムアルミネート(YAlO)、錫酸バリウム(BaSnO)、ジルコン酸バリウム(BaZrO)、ネオジウムタンタル酸バリウム(BaNdTaO)、錫酸ストロンチウム(SrSnO)、錫酸カルシウム(CaSnO)、ストロンチウムガリウム酸ランタン(LaSrGaO)、ランタンストロンチウムアルミネート(LaSrAlO)、酸化セリウム(CeO)、酸化イットリウム(Y)、(LaAlO0.3-(SrAl0.5Ta0.50.7(LSAT)、酸化マグネシウム(MgO)、および、サファイアからなる群から選択される酸化物である、請求項1~8のいずれかに記載の多芯薄膜超伝導線材。 The substrate may be made of any of a variety of materials, including magnesium oxide (MgO), strontium titanate (SrTiO 3 ), lanthanum aluminate (LaAlO 3 ), strontium aluminum tantalate (SAT; Sr 2 AlTaO 6 ), yttria-stabilized zirconia (YSZ), lanthanum gallate (LaGaO 3 ), neodymium gallate (NdGaO 3 ), praseodymium gallate (PrGaO 3 ), yttrium aluminate (YAlO 3 ), barium stannate (BaSnO 3 ), barium zirconate (BaZrO 3 ), neodymium barium tantalate (Ba 2 NdTaO 6 ), strontium stannate (SrSnO 3 ), calcium stannate (CaSnO 3 ), and strontium lanthanum gallate (LaSrGaO 4 ) . 9. The multi-core thin film superconducting wire according to claim 1, wherein the oxide is selected from the group consisting of lanthanum strontium aluminate (LaSrAlO 4 ), cerium oxide (CeO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), (LaAlO 3 ) 0.3 -(SrAl 0.5 Ta 0.5 O 3 ) 0.7 (LSAT), magnesium oxide (MgO), and sapphire. 前記基板は、二軸配向性基板である、請求項1~9のいずれかに記載の多芯薄膜超伝導線材。 A multi-core thin-film superconducting wire according to any one of claims 1 to 9, wherein the substrate is a biaxially oriented substrate. 前記希土類系酸化物薄膜には、ジルコン酸バリウム(BaZrO)、錫酸バリウム(BaSnO)、ハフニウム酸バリウム(BaHfO)、および、金(Au)からなる群から選択される材料からなるナノロッドがドープされている、請求項1~10のいずれかに記載の多芯薄膜超伝導線材。 The multi-core thin film superconducting wire according to any one of claims 1 to 10, wherein the rare earth oxide thin film is doped with nanorods made of a material selected from the group consisting of barium zirconate (BaZrO 3 ) , barium stannate (BaSnO 3 ), barium hafnate (BaHfO 3 ), and gold (Au). 前記複数の非超伝導層の間隔は、100nm以上1mm以下の範囲を満たす、請求項1~11のいずれかに記載の多芯薄膜超伝導線材。 A multi-core thin-film superconducting wire according to any one of claims 1 to 11, wherein the spacing between the multiple non-superconducting layers is in the range of 100 nm to 1 mm. 基材上にリソグラフィ技術またはプリンディング技術を用いて、線状の複数の非超伝導層を形成することと、
前記基板と前記複数の非超伝導層との上に希土類系酸化物薄膜を形成することと
を包含し、
前記複数の非超伝導層は、ジルコニウム(Zr)、銀(Ag)、ニオブ(Nb)、金(Au)、ハフニウム(Hf)、コバルト(Co)、ゲルマニウム(Ge)、白金(Pt)、および、シリコン(Si)からなる群から選択される金属材料であるか、または、バリウム複合酸化物(BaMO、ただし、Mは、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ニオブ(Nb)およびスズ(Sn)からなる群から選択される)である酸化物材料である、請求項1~12のいずれかに記載の多芯薄膜超伝導線材の製造方法。
forming a plurality of linear non-superconducting layers on a substrate using a lithography technique or a printing technique;
forming a rare earth oxide thin film on the substrate and the plurality of non-superconducting layers;
13. The method for manufacturing a multi-core thin film superconducting wire according to claim 1, wherein the plurality of non-superconducting layers are made of a metal material selected from the group consisting of zirconium (Zr), silver (Ag), niobium (Nb), gold (Au), hafnium (Hf), cobalt (Co), germanium (Ge), platinum (Pt), and silicon (Si), or an oxide material that is barium composite oxide (BaMO 3 , where M is selected from the group consisting of zirconium (Zr), hafnium (Hf), niobium (Nb), and tin (Sn)).
前記複数の非超伝導層を形成することは、室温で行う、請求項13に記載の方法。 The method of claim 13, wherein forming the plurality of non-superconducting layers is performed at room temperature. 前記希土類系酸化物薄膜を形成することは、物理的気相成長法、化学的気相成長法、および、液相成長法からなる群から選択される手法を用いる、請求項13または14に記載の方法。
15. The method according to claim 13, wherein the rare earth-based oxide thin film is formed using a technique selected from the group consisting of physical vapor deposition, chemical vapor deposition, and liquid phase deposition.
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