氧化物超导薄膜的制作方法
【专利说明】
[技术领域]
[0001]本发明涉及氧化物超导薄膜。
[技术背景]
[0002]作为将氧化物超导材料用于实用化的技术，以往存在一种得到氧化物超导薄膜的方法，其中，准备基板，在该基板上进行氧化物超导体的成膜，从而得到氧化物超导薄膜。
[0003]作为进行成膜的氧化物超导体，常常使用例如在液氮温度(77K)以上时显示出超导现象的RE系超导体(RE:稀土元素)，特别是以组成式YBa2Cu307_s (下文，表示为YBCO)表示的钇系超导体。对于使用这种RE系超导体的氧化物超导薄膜，期待其用于超导限流器、电缆、SMES (超导能源储藏装置)等，因此RE系超导体及其制造方法受到极大的关注。
[0004]通常，如使用无杂质的RE系超导体按照具有良好的结晶取向性来成膜，得到的氧化物超导薄膜在无磁场下显示高的临界电流特性。可是，无杂质的RE系超导体存在临界电流特性在高磁场下急剧下降的问题。
[0005]为了提高在磁场下的临界电流特性，用于阻止量子化磁束运动的钉扎中心是必要的。虽然常电导析出物、层积缺陷、位错等作为钉扎中心是有效的，但是控制这些来制造超导薄膜并不容易。因此，近年来，正在进行人工导入钉扎中心的尝试。有报道将BaZrO纳米棒作为钉扎中心人工导入YBCO中，由此磁场特性增高。(例如，参考 Y.Yamada, K.Takahashi, H.Kobayashi, M.Konishi, T.ffatanabe, A.1bi, T.Muroga,
S.Miyata, T.Kato, T.Hirayama, Y.Sh1hara，“Epitaxial nanostructure and defectseffective for pinning in Y (RE) Ba2Cu307_x coated conductors，，，Appl.Phys.Lett.，2005, vol.87，p.132-502)。可是，纳米棒的情况下存在一维的常电导区域，所以，虽然在特定角度的磁场印加电流特性高，但是在此之外的角度，电流特性下降。为了提高各向同性的磁场印加电流特性，优选导入纳米粒子三维分散的三维钉扎中心。(例如，参考 Masashi Miura, Takeharu Kato, Masateru Yoshizumi, Yutaka Yamada, TeruoIzumi, Tsukasa Hirayama, and Yuh Sh1hara:"Magnetic field angular dependence ofcritical current in Yl-xSmxBa2Cu30ycoated conductors with nanoparticles derivedfrom the TFA-MOD process", TE1N KOGAKU (J.Cry0.Soc.Jpn.)Vol.44N0.5 (2009))o此外，尝试在YBCO中掺杂Al，由此将CuO链的Cu的一部分置换为Al，从而导入钉扎中心(例如，参考 V Antal, M Kanuchova, M Sefcikova, J Kovac, P Diko, M Eisterer, NHorhager, M Zehetmayer, H W Weber, X Chaud, T7Iuxpinning in Al doped TSMG YBCO bulksuperconductors，，，Supercond.Sc1.Technol.，2009，vol.22, 105001);尝试将 YBCO 的 Cu 原子位点的一部分置换成各种各样的金属元素(例如，参考日本特开平7-330332号公报)。
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【发明内容】
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[0006][发明要解决的课题]
[0007]如现有技术所述，用于钉扎量子化磁束的钉扎中心大多是通过导入构成YBCO的元素Y、Ba、Cu、0以外的元素而形成的纳米尺寸的常电导相。该情况下，形成稳定的常电导相并不容易，构成元素越多，则连制造工序也变得不稳定。此外，从成本的观点出发，优选不使用稀有金属等杂质金属等。所以，优选制作仅有Y、Ba、Cu、O的构成的钉扎中心。
[0008]本发明是鉴于上述情况完成的，目的在于提供一种氧化物超导薄膜，其无需导入Zr等异种添加元素，以单相导入钉扎中心，由此能够发挥高的临界电流特性。
[0009][解决课题的方法]
[0010]为了解决上述课题，本发明的氧化物超导薄膜为含有超导层的氧化物超导薄膜，所述超导层含有RE系超导体作为主成分，RE系超导体具有CuO链，该CuO链的Cu部分缺失。
[0011]通过使CuO链的Cu缺失，则无需增加原料的种类就可以导入钉扎中心。作为CuO链的可选的形式，CuO链是一层的CuO单链和CuO链是二层的CuO双链是典型的形式，但使CuO单链和CuO双链的双方或者任何一方的Cu缺失即可。S卩，可以举出CuO单链的Cu部分缺失和/或CuO双链的Cu部分缺失的氧化物超导薄膜。由于这些Cu的缺失，导致在其周围受到应力等的作用，T。发生变化，Cu缺失部作为钉扎中心发挥作用。需要说明的是，对于超导电流通过的CuO2面的Cu缺失而言，这种缺失使超导电流特性降低，所以其不是优选的。
[0012]此外，在CuO链的氧的缺失量根据YBa2Cu3CVJ^ δ值而存在变化。若该氧缺失以连续的形式存在，则可能得到一维的钉扎中心，因此同样地可预计临界电流值的提高。例如，可以举出在CuO双链中的一条CuO链中O连续缺失的氧化物超导薄膜。
[0013]需要说明的是，如日本特开平07-206437号公报所述，在CuO2面使Cu缺失时，CuO 2面是超导电流通过的面，所以超导电流降低。因此，选择性地使CuO链的Cu缺失而不使CuO2面的Cu缺失是重要的。
[0014]具体的说，本发明提供如下的〈1>?〈7>。
[0015]〈1> 一种氧化物超导薄膜，其为含有形成在基材上的超导层的氧化物超导薄膜，所述超导层含有RE系超导体作为主成分，所述RE系超导体具有CuO链，该CuO链具有Cu缺失部。
[0016]<2>如〈1>中所述的氧化物超导薄膜，其中，所述RE系超导体具有作为所述CuO链的CuO单链，所述Cu缺失部是所述CuO单链的Cu连续缺失形成的线状缺陷。
[0017]〈3>如〈2>中所述的氧化物超导薄膜，其中，所述Cu缺失部是所述CuO单链的Cu在链方向上连续缺失形成的线状缺陷。
[0018]<4>如〈1>或〈2>中所述的氧化物超导薄膜，其中，所述RE系超导体具有作为所述CuO链的CuO单链，所述Cu缺失部是所述CuO单链的Cu在所述RE系超导体的晶体结构中的b轴方向上连续缺失形成的，所述RE系超导体在所述晶体结构中的a轴方向上具有两个以上的所述Cu缺失部，所述a轴方向上，在所述两个以上的Cu缺失部之间具有Cu。
[0019]<5>如〈1>中所述的氧化物超导薄膜，其中，所述RE系超导体具有作为所述CuO链的CuO双链，所述Cu缺失部为所述CuO双链中的两条CuO链中至少一条CuO链的Cu在链方向上连续缺失形成的。
[0020]〈6>如〈1>中所述的氧化物超导薄膜，其中，所述RE系超导体具有作为所述CuO链的CuO单链和CuO双链，所述Cu缺失部为构成所述CuO单链和所述CuO双链的多条CuO链中至少一条CuO链的Cu在链方向上连续缺失形成的。
[0021]<7>如〈1>?〈6>中任一项所述的氧化物超导薄膜，其中，所述RE系超导体具有作为所述CuO链的CuO双链，构成该CuO双链的CuO链中，在一条CuO链中存在O缺失。
[0022][发明效果]
[0023]本发明能够提供一种氧化物超导薄膜，其无需导入Zr等异种添加元素，以单相导入钉扎中心，由此能够发挥高的临界电流特性。
[【附图说明】]
[0024][图1]是表示本发明的实施方式的氧化物超导薄膜的层积结构的立体图。
[0025][图2]是表示构成图1中超导层的RE系超导体的晶体结构的示例的图。
[0026][图3]是表示本发明的实施方式的RE系超导层的TEM图像的图。
[0027][图4]是表示本发明的实施方式的实施例1的YBCO层的TEM图像的图。
[0028][图5]是表示本发明的实施方式的实施例1的YBCO层的、使用了像差校正STEM的HAADF像和ABF像的图。
[0029][图6]是表示比较例I的YBCO层的TEM图像的图。
[【具体实施方式】]
[0030]下文，参照附图对用于实施本发明的方式(下文，称为“实施方式”)进行详细地说明。
[0031]在本发明中，将含有RE (Rare Earth，稀土元素)的用 REBa2Cu3O" (RE-123)、REBa2Cu4O8 (RE-124)、RE2Ba4Cu7O15^5 (RE-247)等组成式表示的氧化物超导体称作RE系超导体，下文，表示为“REBC0”。将用 YBa2Cu307_s (Y-123)、YBa2Cu4O8(Y-124)、Y2Ba4Cu7O15_s (Y-247)的组成式表示的Y系超导体特别地表示为“YBC0”。
[0032]图1是表示本发明的实施方式的氧化物超导薄膜的层积结构的图。如图1所示，氧化物超导薄膜I具有层积结构，基板11上在层积方向P上依次形成有中间层12、超导层13、稳定层(保护层)14。需要说明的是，虽然将基板11和中间层12综合起来表示为“基材”，但是能够使超导层13直接在基板11上取向的情况下，可以没有中间层12。
[0033]基板11可以使用低磁性的金属基板、陶瓷基板。基板11的形状以存在主面为前提，对其没有特殊限定，可以使用板材、线材、条材等各种形状的材料。例如，使用带状的基材时，可以将氧化物超导薄