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[NRIMNews1992-08.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/50bc25bd-9d66-4a72-a035-1664cb2a3bb6/download)

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松岡 浩

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[金材技研ニュース 1992 No.8](https://mdr.nims.go.jp/datasets/e5a97862-982a-4754-ac76-148c4c45eaae)

## Fulltext

金属技研ニュース　1992　No.8i〇一．ゼEoo一一〇⊂蜆［○箏○コーooo－o0＝あ○蜆oo．］o－Eo－o呵o］一〇〇〕’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○蜆］o〕f←ラポラトリEXAFS／Bi系超■箏体の照射効果／Bi系超■導竈膜のイオン注入高性能のラボラトリEXAFS装置を開発最高強度のX線線焦点の形成に成功　当研究所は，物質中の原子配置を精密に解析するのに有用なEXAFS（エクザフス，広域X線吸収微細構造）州則定を実験室でも行える装置を開発した（写真）。EXAFSは，X線が物質に吸収される際の電子の放出と散乱に起因するX線撃収スペクトルの振動で，ある原子からどの位の距離に何個の原子があるか，という構造情報を含んでいる。非晶質や超微粒子のように，通常の回折的手法が適用しにくい系にも容易に適用できるほか，第1近接原子に関する精密な情報が得られる，特定の原子種についての解析ができる，等の特徴がある。　従来，ほとんどのEXAFS実験では強力なX線源である加速器からのシンクロトロン放射を利用してきた。しかし，大型施設の共同利用ではマシンタイムや場所の使用に制約があり，測定結果を次の・二．く；干§．11写真　実験室用に開発したEXAFS装置実験に反映させる，あるいは，特殊条件下で実験を行う場合にいろいろな難点があった。このため，当研究所では，通常の実験室で扱うことができるラボラトリEXAFS測定装置の開発研究を進めてきた。　EXAFSのような分光実験で使用するX線は，強力であることに加え，幅の狭い線状の焦点から発生させることが本質的に重要である。そこで本研究では，定格出力60kWの極めて強力な回転対陰極型X線発生装置を採用するとともに，線焦点を実現するための改造を実施した。その結果，最高600mAまでの管電流を流すことができ，現在最高強度をもつX線線焦点を形成させることができた。線焦点のサイズは幅約O．1mm，高さ約12～13mmである。　さらに，この線焦点からのX線を効率よく利用するために湾曲結晶を用いて集光を行っている。これにより，平板結晶の場含に比べて強度を1桁高めることができた。そのほか，スペクトルの質の劣化の原因となる高いエネルギーのX線の発生を避けて，低い管電圧で装置を安定に運転するたLめの付加回路やミラーまたは多層膜使用の光学系を採用するなど，多くの工夫が加えられている。本装置の開発により，実験室で通常数日から一週問要していたものが数時間から半日で測定できるようになった。今後，種々の材料の構造解析に広く利用されることが期待され，さらに装置の高性能化を目指して一層の改良を進めている。ビスマス系酸化物超電導体のイオン照射効果欠陥導入によって臨界電流が増加　当研究所で発見されたビスマス系酸化物超電導体は，液休ヘリウム温度（4．2K）などの極低温において従来の金属系超電導体をしのぐ高い臨界電流密度Jcを示す。すでに20テスラ以上の高磁界中でも極めて高いJcを有する超電導テーブの開発に成功しており（金材技研ニュース，1991年Nα9），現在このテープを使った超電導コイルの開発を進めている。しかし，磁界中のビスマス系酸化物超電導体のJcは温度が高くなると急激に低下する。特に，磁界をこの超電導体の結晶のC軸に平行に印加した場合にJcの低下が著しく，このことが液体窒素温度（77K）以上の高温での使用を難しくしている。　高温でのJcを高めるためには，従来の金属系超電導材料の経験に照’らし合わせると，磁界の印加にともなって超電導体の中に侵入した磁束線の動きを止めるような欠陥（これを磁束線のピン止め点という）を粒子線照射などによって導入することが有効と考えられる。ただしビスマス系酸化物超電導体のように超電導機構が強い2次元性をもつ場合にも（金材技研ニュース，1991年Nα11），導入した欠陥が磁束線のピン止め点として有効に働くか否かは単純に予測できず，実験で確かめる必要がある。　当研究所は日本原子力研究所と共同で180MeVという高エネルギーの銅イオンやヨウ素イオンの照射により，高温領域でのビスマス系酸化物超電導体のJcを大幅に向上させることに成功した。試料は酉己向組織を持つBi2Sr2CaCu208テープで，各結晶粒のC軸はテープ面に垂直に配列している。このテ　1o石？く〕1o5趣撫糧癌ユ04監　10ヨBト2212／Agテープ　　　　　　　　60K　　　　　Bはc車由に平行Cuユユ十イオン照射　　　　8　　！※デチ，＼　　プチー伽未照射　　⊥み　Ou．20．40．60．8ユ．O　　　　　印加磁界B（テスラ）図60KのJcにおよぽす釧イオン　　照身寸の効果一プ面に垂直に銅イオン並びにヨウ素イオンを照射した。イオンの照射量は1011～10工2個／㎝1である。　図は銅イオン照射した試料と未照射の試料の60KにおけるJcを示す。ただし，Jcはビスマス系酸化物超電導体の各結晶粒内に流れている値であつ，磁界はC軸に平行，すなわちテープ面に垂直である。未照射試料のJcは磁界の増加とともに急激に低下してO．1テスラの磁界でほぽゼロとなるが，照射した試料のJcは高く，特にJcの磁界依存性が大幅に改善されて高磁界までゼロにならない。これはイオン照射によって有効なピン止め点が導入されたためと考えられる。次に導入された欠陥を透過型電子顕微鏡で観察した。写真（a）は銅イオン照射した試料をc軸方向から，また，写真（b）はb軸方向から観察した場合の像である。写真（a）には直径5nmほどの円形の欠陥が数多く見られるが，写真（b）にはC軸方向に延びた帯状の欠陥が観察される。いずれも結晶の原子配列が乱されて非晶質状態になっている。これらを見ると，イオン照射によってC軸に平行な円柱状の欠陥が形成されていることがわかる。印加磁界がC軸に平行，すなわち磁束線が円柱状欠陥に平行な場合には，欠陥が非常に強く磁束線をトラップし，その結果，高磁界で大きなJcが得られるものと考えられる。　本研究により，ビスマス系酸化物超電導体においてもピン止め点の導入でJcが大幅に高まることがわかった。実用化に際して有効なピン止め点の導入を図る場合の指針になることが期待される。写真 釜111イオン照射したビスマス系1峻化物超電導休のC軸方向（a），および，b軸’カ庁1」（b）から見た高分解能電子顕微鏡写真一　2　一膜厚30・mのビスマス系酸化物超電導薄膜イオン注入法で臨界温度108Kを達成　酸化物高温超電導薄膜は将未，デバイス素子として利用が期待されている。その最大の課題はデバイス素子の高積層化，および高密度化の要請から膜厚を30皿m以下に縮少し，かつ超電導特性，電気接触性，均一性，構造安定性など膜特性に優れた超薄膜材料の開発である。これまでスパッタ蒸着法，分子線エピタキシャル成長法，化学蒸着法など各種の蒸着法により超電導薄膜の作製が試みられている。しかし図に示すように，膜厚の減少とともに臨界温度Tcは減少する傾向にあり，ビスマス系薄膜では膜厚が100nmでTcは97K（電総研），膜厚70nmで95K（日本碍子，名大グループ）が最高であった。特に超薄膜の熱処理は，基板からの剥離や元素蒸発が起こりやすくて最適の熱処理条件を見いだすことが難しく，バルク材で得られている100Kを超えるTcを示す良質な超薄膜は作製できなかった。　当研究所では蒸着法とイオン注入法の組合せによる材料合成の研究を行ってきたが，今回，ビスマス系高泪、酸化物超電導体について，単位格子10層分の厚さ30nmの超薄膜をMgO基板上に蒸着し，100kVのエネルギーをもつArイオンを注入することにより，従来のバルク材の臨界温度の最高値とほぽ同じ108KのTcを達成することに初めて成功した。これは，Arイオン注入により超薄膜中に形成され　　　　ユ1O金材技研　lOO｝←魁gO與峠錨　8070r81手↑人●L・／・住友電工1し浴名大L■金オ技研E竺C旺ムー・一一〇一一一一・ぎ辛天トン大　NTTNTT　　o　（米〕　　　京大●BiSrC且Cu0系oYBaCu0系　　0100200300　　　　　　　膜　厚（nm）図　Bi系およびY系酸化物超電導薄膜　　のTcの膜厚による変化る一次反跳原子の原子変位効果と後熱処理による原子再配列を巧みに利用して得られたものて，ハルク材と同等のTcをもつ膜厚30nm程度のビスマス系超薄膜が比較的容易に作製できることを明らかにした。得られた超薄膜はX線回折線の強度比から，Tc相と低Tc相を9対1の比で含む高Tc相主体の膜であることがわかった。写真はそれらの超薄膜表面の走査電子顕微鏡像を示す。膜厚500nm以上の通常の薄膜に比べて表面の平滑性が極めて良く，結晶サイズも大きい。また，微細な段差ステップが一方向に沿って規貝1」正しく配列しており，基板上にエピタキシャル成長した結晶配向性の良い膜が得られている。特にステップの高さがビスマス系超電導相の単位層程度に相当することが推測され，ジョセフソン接合のようなデバイス薄膜としても興味深い材料である。臨界電流密度Jcについては，現在測定中であり，膜厚30nmの薄膜で77Kにおいて値103～104A／㎝’を得ている。なお，これまでに膜厚15nmでTcが70K台の超薄膜が得られているが，膜厚7．5nmではまだゼロ抵抗状態は得られていない。　以上の結果は，高温超電導体を利用する薄膜デバイス素子の作製技術分野に大きな前進をもたらすとともに，超電導現象の本質を明らかにする基礎物理の立場からも極めて興味深い。写真　膜厚30nmのBi系超薄膜表面の　　　走査型電子顕微鋭写真9月の研究発表（国内分）学・ ’脇会名 l1網催期間 発 表 魑 目 発表者（所属〕物質中の拡散に関する 9，7－g．u 1． Diffusion　of　AHoying　E1ements　into　A1203 池田 雄二（損傷〕ほか圃際会識（京都・ テ“イ Coating　Film　on　ODS　Alloys一リーイン京都）目本分析化挙会 9．1｝～9． 13 1、 グロー放電質量分析法における絶対定鐙につ 斎磯 宥正（計測）（京都・ 岡志社大学） いて2． 共沈分離一I　C　P発光分析法によるクロム中 鯨井 修（言十舳ほかの不純物の多元素岡時定鐙PATRAM’92 （横浜・ 9．13山g． 王8 1 Dyηan］ic　Fract㎜e　Toughness　and　Evaluation 安11ト 鰭 （環境）ほかパシフイ ックコンベン of　Fracture　in　a　Ferritic　Noduiar　Cast互ronションプラザ） for　Casks．応用物躍学会（大阪・ 9．三8－g． 19 1 鐵eイオン照射下でのグラファイトのラマン ⇒鵬 正弓！、 （第2〕ほか関繭大学） 測定（H）昇澱効果CAMSε’92（神奈」11 9．22～9． 25 1． Characterization of Image Data USing 金子 隆一（設秦十）ほかパシフイコ機浜） Sensory　Test．2． Problems　inStatistica1Treatment　of　Mater一 醐壽i 敏（扱傷〕ほかia1s　Life　Data．3、 Functi㎝and　Utilizati㎝of　Data－Free－Way 藤困 充菰（第2）ほかSyStem．◆特許速報◆○出　願発　【堀　の　名　称 li1願日 出願番号 発　　1リ1　者　　名カl1圧接合法 4．2．27 04－075558 城1羽　透，11日幽　吉夫，木内　学（客上＝葦棚1＝究’1妻‘）半溶請」1合金の加1圧溶浸淡 4．2．27 G畦一075559 城日1！　透，囲蔓頁　秋，木内　学（客災郷1：究’養茗’）粒子分敵梨焼結チタン拠複含材料の製造方法 4．2．28 04－042659 萩原盗夫，献馴頚次，主ユ1村聡、河畜1蟻葬1≡、海江田義也，飽工名（大1阪チタニウム㈱との一 共圃撒馴Bi系駿化物商概樹云灘体の趨潮糞とその製造法 4．3．u 04－086641 」剤雛一事書，輿瀬正次薮窒｛ヒ牛勿産量雫蓮＝華享イ氷oつ襲望j登プヲ浸ミ4．3．27 04－iO1622 印ナー刀三，熊創榊1，北〔1忙1，削］ヨ弘，寸也4名（，雌乖商了・吐菊との婁則言j’」’｛頚貞）趨篭導磁気シ■ルド容撚及ぴその製造方淡 4．4．2 04－108398 沓日蝪二，湯1⊥1遺也，手ト上燃，i棚ヨ〃、、他8名（三字1：金燭鉱薬㈱及び㈱臼本毒十勝製作所との共1司出馴金属及ぴセラミックス微層体の製造方法 4．4．6 04－084204 圭組田一浬各，　イ也6名≡　（尭元空与｛…圭手苧支彼〒勧1：3モ戸祈，　竃氷鍋管㈱及び三葵I重〕二薬㈱との共1i珊＝1願）磁挫流体乃至磁惟粒子製造裟綴＝ 4．4．五0 04－091123 叶1谷　　均コ，　寸也1名（日韮炎銚：婁惹碓菊とのづ呉同とヒ瞭曇｛）窒化釜失粒予とその製造方法 4．垂．10 04－091124 吋I谷　　均〕，　｛也1名（臼垂失鋤；薬I締菊とのづセ1弼と止土壊蘭）浮．』二溶解装綴1とその運転方法 4．6．2 04－140811 千繭詞く　幸菱，　香娑宅ミ飛！之，　訓蔓j刀括政旧召，　f胞4名　く篇毒士電機㈱及び箏部電カ㈱との共1剰出馴浮上溶解装趨1 4．6．2 G4－140812 禰沢箪，桜谷和之，渡辺敏昭，飽4名（密一1二苓置穆曼砕禍及ひ一卯葛1三至置力吐狛とσ）まセ肩］昌・±原固）◆短　信◆●受　賛　第50回目本金属学会功籟費（平成4年4月1日　受賞）　金属工業技術部門　　岡囲　雅年（筑波支所長）金属加工都門究部）’j｝ 信行（表繭界繭制御研発　行　所（オく　　　砺’）く皇丸言淡支ゆ〒）科学技術庁金属材料技術研究所『干153メ迂京蕎匿昌茎撃訂夏叫］目禁…2－3－12TEL（03）3719－2271，FAX（03）3792－3337『＝305茨城県つくば市’千硯1－2－1TEL（0298）51－6311，FAX（0298）51－4556j丘違一巻　努；垂04→琴・南■11一集雑発行人1≡1」　　荊11」　　1折　　　　　　　　　j・ド万文些勾三8芦j多邑イニ＝f　　　　　　　　松　岡　　　浩’株式会社三興印刷　メ迂’穿〔蕎≡…瑠〒布看1ヌ＝廼i」琴し耳i召日ヨ2－1－18