高温超伝導体 (Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O y ) の 熱処理効果

1. 高温超伝導体(Bi2Sr2CaCu2Oy)の熱処理効果 矢萩・橋本研究室 工E１１０１７ 柴崎弘隆 http://www.aomori-u.ac.jp/staff/yahagi/lab/elec.html

2. これまでの研究経過 • 空気中で熱処理を行うと電気抵抗率は低くなり、臨界温度Tcは高くなる。 • 真空中で熱処理を行うと電気抵抗率は高くなり、臨界温度Tcは低くなる。 • Bi系高温超電導体における酸素の放出、吸入はCuO2面内で起きているものと考えられる。

3. 研究目的 • 銅酸化物系化合物のBi2Sr2CaCu2Oyの結晶を育成し、それをX線回折により結晶性を調べた後、熱処理を行うことにより結晶内の酸素量を変え、臨界温度Tcの変化を調べた。

4. 実験の流れ • 結晶を作成する • 結晶評価 X線回折 　　　電気抵抗率の測定

5. 結晶作成 SrCO3炭酸ストロンチウム Bi2O3三酸化ビスマス CaCO3炭酸カルシウム CuO 酸化銅

6. 結晶を作成するために各試料の割合が Bi２O３：SrCO３：CaCO３：CuO=1：2：1：2 　 となるように分量をする。 • Bi２O３,SrCO３, CaCO３, CuOを上記の割合で混合したものを電気炉に入れ加熱する。

7. 熱電対 タンマン管（坩堝） ホルダー 温度制御ユニットE Typeプログラム温度調節器5ステップ 8パターン(株式会社いすゞ製作所) 温度記録計 YOKOGAWA LR 4120RECORDER

8. 電気炉の温度プログラム • ３時間かけて９９０℃まで上昇させ、６時間温度を保持し、その後、３時間かけて７６７℃まで温度を下げ、５分間温度を保ち、１時間かけて５６５℃まで下げ、その後は自然冷却する。 • 結晶作成終了後、４００℃で６時間の熱処理を６回くり返し、合計３６時間行った。

9. 育成した結晶

10. 結晶評価 • Ⅹ線回折　 Ⅹ線回折は結晶の固体と粉末で解析した。 • 電気抵抗率の測定 作成した結晶にInを４ヶ所付け、電極とした。 測定は、Van der Pauw 法を用いて行った。

11. X線回折結果 • 回折角から求めた面間隔dと標準試料の面間隔ｄ(ASTMカード)を比較した結果、数本の回折線に関しては、一致しなかったがその他の回折線は一致した。また、粉末試料から得られた回折線との比較でも同様な結果が得られた。ただしBi2Sr2CaCu2Oy相に属しない相も若干含まれている。更に、これらの回折線から得られた面間隔ｄを用いて格子定数aとcを計算した。その結果、a =5.3296Åc ＝30.663Åとなった。

12. 電気抵抗率の測定原理 B C 電流I 電圧V A D 厚さｔ

13. 各々の電圧、電流値から R1 = VCD/IAB R2 = VDA/IBC とすると電気抵抗率ρは より求められる。 　ここではｔは試料の厚さFはｆ値のことでR1/R2より求められる係数である。４つの電極が完全に対称な場合は1になる。F値は次のような式で求められる。

14. 電気抵抗率の測定結果

15. Tcoff-set〔K〕 Tcon-set〔K〕 育成結晶 72.4 82.2 空気中 １ 73.8 79.0 空気中 2 73.8 80.6 真空中 67.6 83.1 熱処理後の臨界温度Tc

16. 考察 • X線回折の結果、一部の回折線にBi2Sr2CaCu2Oy相に属しない相も若干含まれていた。これは結晶作成終了後に熱処理を400℃で、36時間行ったことに関係していると考えられる。 • 熱処理実験では、育成結晶と真空中で熱処理した結晶の電気抵抗率の結果はこれまでの結果と同じものとなった。しかし、真空中で熱処理した結晶を空気中で繰り返し熱処理すると、Tcは変化しないが電気抵抗率が大きくなることがわかった。この原因は、Tcが変化しないことから結晶中の酸素量には変化が無いものと推測されるので、酸素以外の構成原子の欠陥生成によるものと考えられる。