Research Abstract

BaZrO3ナノ粒子を均一に分散させたBaFe2(As0.66P0.33)2 超伝導薄膜における飛躍的に向上した磁束ピン止め特性

Strongly enhanced flux pinning in one-step deposition of BaFe2(As0.66P0.33)2 superconductor films with uniformly dispersed BaZrO3 nanoparticles

2013年9月20日 Nature Communications 4 : 2499 doi: 10.1038/ncomms3499 (2013)

鉄系超伝導体BaFe2As2は、上部臨界磁場が高く、異方性が小さいため、超伝導磁石などに利用できると期待されている。しかし、磁石応用には高磁場における臨界電流密度を向上させる必要がある。今回我々は、これを実現する簡単で一段階の工業的にスケーラブルな方法を用い実証している。我々は、パルスレーザー(PLD)法を用いキャリアをドープしたBaFe2As2薄膜に、密度を制御して均一に分散したBaZrO3ナノ粒子を導入することで、構造特性や超伝導特性を劣化させずに超伝導性性が大きく向上することを示す。特に、我々のBaFe2(As0.66P0.33)2薄膜は、全ての磁場印加角度においても不可逆磁場曲線、臨界電流密度のいずれも増大した。この薄膜は、15 Kおよび 1 Tで1.5 MAcm-2を超えるほぼ等方的な臨界電流密度を示す。これは、BaFe2As2についてこれまで報告されものより7倍高い。この薄膜の磁束ピン止め力は、5 Kおよび 3~9 Tで約59GNm-3に達し、従来のNb3 Snワイヤーよりかなり高い。

三浦 正志1,2, Boris Maiorov3, 加藤 丈晴4, 下出 貴史1, 和田 圭介1, 安達 成司1 & 田辺 圭一1

  1. 財団法人 国際超電導産業技術研究センター 超電導工学研究所
  2. 成蹊大学大学院 理工学研究科
  3. ロスアラモス国立研究所(米国)
  4. 一般財団法人 ファインセラミックスセンター ナノ構造研究所

The high upper critical field and low anisotropy of the iron-based superconductor BaFe2As2 make it promising for its use in the construction of superconducting magnets. However, its critical current density in high magnetic fields needs to be improved. Here we demonstrate a simple, one-step and industrially scalable means of achieving just this. We show that introducing controlled amounts of uniformly dispersed BaZrO3 nanoparticles into carrier-doped BaFe2As2 significantly improves its superconducting performance without degrading its structural or superconducting properties. Our BaFe2(As0.66P0.33)2 films also exhibit an increase in both the irreversibility line and critical current density at all magnetic-field orientations. These films exhibit nearly isotropic critical current densities in excess of 1.5 MA cm−2 at 15 K and 1 T—seven times higher than previously reported for BaFe2As2 films. The vortex-pinning force in these films reaches ~59 GN m−3 at 5 K and 3–9 T, substantially higher than that of the conventional Nb3Sn wire.