【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23TU0201
利用課題名 / Title
超伝導ハイエントロピー合金の磁束ピン止め特性
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
超伝導材料, ハイエントロピー合金, 臨界電流密度, 磁束ピン止め,電子顕微鏡/ Electronic microscope,イオンミリング/ Ion milling
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)
西嵜 照和
所属名 / Affiliation
九州産業大学 理工学部電気工学科
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
伊藤俊
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TU-504：超高分解能透過電子顕微鏡
TU-510：イオンミリング装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ハイエントロピー合金は、5成分以上の構成元素をほぼ等量混合することによって混合エントロピーを高めた固溶体であり、近年、新しいカテゴリーの金属材料として注目されている。これまでに、様々な温度で熱処理を行ったハイエントロピー合金について磁化測定によって超伝導特性を調べた結果、臨界電流密度Jcが特定の熱処理温で飛躍的に上昇する結果が得られている。本研究では、高Jcの起源になる磁束ピン止め特性を明らかにするために東北大学の設備を用いた技術代行によりナノスケールの微細組織構造の観察を行った。
実験 / Experimental
ハイエントロピー合金 (TaNb)0.7(ZrHfTi)0.3 はアーク溶解法で作製し、作製したボタン状試料を自動精密切断機(Buehler アイソメットLS) と高精度ワイヤー切断機 (K.D.Unipress WS-22) で切断し1mm角程度のサイズに成型した。切断した試料を真空雰囲気で石英管に封入し、様々な温度Tan (200℃，300℃，400℃，600℃，800℃，1000℃) で4日間の熱処理を行った。これらの試料について磁化測定を行い超伝導特性を確認した後、イオンミリング装置 (設備ID: TU-510) でTEM測定用試料の準備を行った。TEM観察は超高分解能透過電子顕微鏡 (設備ID: TU-504) を用いた。
結果と考察 / Results and Discussion
超高分解能透過電子顕微鏡で (TaNb)0.7(ZrHfTi)0.3 の観察を行った結果、図1に示すように、800℃熱処理試料では幅が数100 nm (図上部) から50 nm程度 (図下部) に分布する筋状の組織構造が観測された。この構造は800℃熱処理試料の走査電子顕微鏡で観測されていた組織構造と同様の特徴を持つ。一方で、600℃熱処理の試料においては走査電子顕微鏡では組織構造が観測できなかったが、超高分解能透過電子顕微鏡で観測した結果、さらに微細な筋状の組織構造 (幅 50 ~ 20 nm) が存在することが分かった (図2)。超伝導コヒーレンス長 (ξ ~ 6 nm) と印加磁場に対応する磁束格子間隔を考慮すると、これらの微細な組織構造は磁束ピン止め中心の候補と推測できる。実際に、観測された臨界電流密度Jc (~ 4.3×105 A/cm2 at 2 K, 0.5 T) は最も微細な組織構造を持つ600℃熱処理試料で最大値を示し、HAADF-STEM観察の結果とJcの熱処理効果は良く対応することが分かった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1： 800℃熱処理試料のHAADF-STEM 像
図2： 600℃熱処理試料のHAADF-STEM像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・KSU基盤研究費（九州産業大学）「巨大ひずみによる新しい合金化手法の新展開」
・共同研究者： 東北大学
金属材料研究所 淡路 智 教授
・ARIMスタッフ担当者の伊藤俊様に感謝します。
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