利用報告書 / User's Reports


【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.10】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23MS1024

利用課題名 / Title

超伝導体ナノ微粒子分散複合化合物の超伝導近接効果

利用した実施機関 / Support Institute

自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS

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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

超伝導,近接効果,フラクタル,バンド構造


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)

内野 隆司

所属名 / Affiliation

神戸大学大学院理学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

中明育

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

藤原基靖,伊木志成子,宮島瑞樹

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

MS-218：SQUID（MPMS-7）
MS-219：SQUID（MPMS-XL7）
MS-217：電子スピン共鳴（E580）
MS-220：SQUID (MPMS3 DC)


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

近年，申請者らは，酸化物－金属マグネシウム間の固相酸化還元反応により作製したMgO（絶縁体）， MgB2（超伝導体）から構成されるナノコンポジットが，ボイドがなく，かつ，原子レベルでクリーンなヘテロ界面を有した緻密なバルク体を形成することを報告した。さらに，同ナノコンポジットの電気抵抗率は，38.5 Kで超伝導転移を示した後，約33 Kでほぼゼロとなることがわかった。ゼロ抵抗の発現は，超伝導近接効果によりMgB2粒子間の常伝導相内にも超伝導相関が誘起され系全体が超伝導化したことを示唆している。さらに，低印加磁場での帯磁率測定によって，35 K以下の温度域で超伝導体積分率がほぼ１００％となることを確認している。 しかし，本ナノコンポジット中のMgB2の体積百分率は20 %に満たないので，得られた観測結果はこれまでのパーコレーション理論では説明できない。このような現象の報告例は過去になく，これまでの薄膜系，微粒子分散系とは本質的に異なる長距離かつ3次元的な超伝導近接作用による超伝導相関がバルク内で実現していると推察される。そこで，本研究では，分子科学研究所，機器センター所有のSQUID型磁化測定装置および電子スピン共鳴装置(ESR)を用いて，この特異な超伝導近接効果の発現機構を解明する。

実験 / Experimental

B2O3と金属マグネシウムとの固相酸化還元反応により作製した， Mg / MgO / MgB2ナノ複合体粉末を，スパークプラズマ焼結により緻密化させた。同試料を，1 ×１×5 mm程度の棒状に加工し，DCおよびAC磁化の温度依存性，印加磁場依存性，ならびに磁気抵抗を分子科学研究所，機器センター所有のSQUID型磁化測定装置を用いて測定した。さらに，同試料の超伝導転移温度以下でのマイクロ波の吸収過程を分子科学研究所，機器センター所有のESRにて測定した。

結果と考察 / Results and Discussion

Mg / MgO / MgB2ナノ複合体中のMgB2含有量を増加させることで転移温度や磁束ピンニング力などの超伝導近接効果が増強されることが明らかになった。このMgB2増加ナノ複合体では, 特に, 下部臨界磁場の上昇及び磁場侵入長の増加が顕著であった。磁場侵入長は位相の剛直性と深く関係していることから, MgB2増加ナノ複合体における超伝導特性の向上は, MgB2濃度の増大によるクーパー対濃度の上昇と, それに伴う位相の剛直性の増大によってもたらされたものと考えられる。また，ESR測定の結果，本試料はゼロ磁場付近で超伝導近接効果に由来する大きなマイクロ波吸収を示すことがわかった。

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)

支援機関の藤原基靖氏，伊木志成子氏，宮島瑞樹氏には，実験遂行時だけでなく，実験装置の不具合があったときなども，迅速かつ丁寧に対応いただいた。ここにあらためて謝意を表する受賞等・日本セラミックス協会第36回秋季シンポジウムにて発表者の中明育が学生優秀講演賞を受賞した。 ・第29回渦糸物理ワークショップにて発表者の中明育が学生優秀発表賞を受賞した。


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)
  1. Nanami Teramachi, Strong phase coherence and vortex matter in a fractal system with proximity-induced superconductivity, Physical Review B, 108, (2023).
    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.155146
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. 寺町七海，中明育, 橋本碧維，大井修一, 立木実, 有沢俊一, 櫻井敬博, 太田仁, 幾原雄一, J. Valenta, 辻井直人，森孝雄，内野隆司「超伝導フラクタルナノ複合体の位相コヒーレンス形成と渦糸構造」，2023年 第29回渦糸物理ワークショップ（東北大学金属材料研究所) 12/18~20
  2. 中明育, 櫻井敬博, 太田仁, 瀬戸雄介, 大井修一, 立木実, 有沢俊一, 幾原雄一, 近藤隼, 大石一城, 坂口佳史, 幸田章宏, 内野隆司「超伝導/常伝導フラクタルナノ複合化合物の自発渦糸形成」2023年 第29回渦糸物理ワークショップ（東北大学金属材料研究所) 12/18~20
  3. 中明育, 櫻井敬博, 太田仁, 瀬戸雄介, 大井修一, 立木実, 有沢俊一, 幾原雄一, 近藤隼, 大石一城, 坂口佳史, 幸田章宏, 内野隆司「超伝導/常伝導ナノ複合体の自発渦糸形成」2023年 第84回応用物理学会秋季学術講演会（熊本城ホールなど) 9/19~23
  4. 中明育, 櫻井敬博, 太田仁, 瀬戸雄介, 大井修一, 立木実, 有沢俊一, 幾原雄一, 近藤隼, 大石一城, 坂口佳史, 幸田章宏, 内野隆司「超伝導/常伝導ナノ複合体の自発渦糸形成」2023年 第84回応用物理学会秋季学術講演会（熊本城ホールなど) 9/19~23
  5. 中明育, 櫻井敬博, 太田仁, 瀬戸雄介, 大井修一, 立木実, 有沢俊一, 幾原雄一, 近藤隼, 内野隆司 「Mg/MgO/MgB2フラクタルナノ複合体の超伝導特性に及ぼす界面構造とMgB2含有量の効果」2023年 第36回日本セラミックス協会秋季シンポジウム（京都工芸繊維大学　松ヶ崎キャンパス) 9/6-8
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

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