[論文レビュー] Flux Pinning by Nano Particles Embedded in Polycrystalline Y-123 Superconductors

Sushant Gupta, Ram Sagar Yadav+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2011

Physics of Superconductivity and Magnetism参考文献 25被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、Znドーピング（x = 0.01, 0.03）によって導入されたナノスケールのZnOおよびY-211相粒子を用いて、多結晶Y-123超伝導体におけるフラックスピンナイングの強化を調査した。XRDおよびTEMにより、構造的安定性と、分散されたナノフラワーおよびナノロッドピンナイング中心の形成が確認され、臨界電流密度（Jc）が顕著に向上した。これは、主相のY-123を変化させることなく高温超伝導体における効果的なフラックスピンナイングを示している。

ABSTRACT

Bulk superconductor samples of YBa2Cu3-xZnxO7-δ with x = 0, 0.01, 0.03 are synthesized by solid-state reaction route. The structural characterisation of all samples has been carried out by x-ray-diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) techniques. The x-ray diffraction patterns indicate that the gross structure/phase of YBa2Cu3-xZnxO7-δ do not change with the substitution of Zn up to x=0.03. In TEM investigations of Zn-doped Y-based cuprates a number of ZnO nano-flower and nano-rod of Y-211 phase are found dispersed in regular YBa2Cu3-xZnxO7 matrix. These dispersed nano-flowers of ZnO and nano-rods of Y-211 phase may serve as flux-pinning centers. These pinning centers enhance critical current density (Jc) value of these HTSC samples.

研究の動機と目的

• ナノ粒子をピンナイング中心として用いて、多結晶YBa2Cu3-xZnxO7-δ超伝導体におけるフラックスピンナイングの強化を目的とする。
• Znドーピング量x = 0.03までに及ぶY-123マトリックスの構造的安定性を調査すること。
• 固体相合成中に生成するナノ粒子の性質および分布を同定・特徴付けること。
• ナノ粒子の存在と向上した臨界電流密度（Jc）との相関関係を明らかにすること。

提案手法

• 固体相反応法を用いて、Znドーピング量x = 0, 0.01, 0.03のバルクY-123試料を合成した。
• Zn置換後のY-123マトリックスの相純度および構造的整合性を確認するため、X線回折（XRD）を実施した。
• Y-123マトリックス内でのナノ粒子の形態、組成、分散状態を分析するため、透過型電子顕微鏡（TEM）を実施した。
• TEM画像および元素分析に基づき、ZnOナノフラワーおよびY-211相ナノロッドを、フラックスピンナイング中心としての可能性を同定した。
• ナノ粒子分散の臨界電流密度（Jc）への影響を、主要な性能指標として評価した。
• ドーピングレベル間での構造的および微細構造的特徴を比較し、ピンナイング中心密度とJc向上の相関関係を明らかにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Znドーピング（x = 0.01, 0.03）は、YBa2Cu3-xZnxO7-δの構造的相にどのように影響を与えるか？
• RQ2 固体相合成中にY-123マトリックス内に形成されるナノ粒子の種類は何か？ また、それらの分布はどのようになっているか？
• RQ3 観察されたナノ粒子は、多結晶Y-123における有効なフラックスピンナイング中心として機能するか？
• RQ4 これらのナノ粒子の存在が、Y-123超伝導体の臨界電流密度（Jc）をどの程度向上させるか？
• RQ5 Znドーピング後もY-123相は保持されるのか？ また、超伝導マトリックスを損なうことなく二次相が生成するか？

主な発見

• XRDパターンにより、Znドーピング量がx = 0.03までに及んでも、YBa2Cu3-xZnxO7-δの主要構造および相は変化しないことが確認された。
• TEM分析により、Y-123マトリックス中にZnOナノフラワーおよびY-211相ナノロッドが分散していることが明らかになった。
• ZnOおよびY-211と同定された分散ナノ粒子は、そのサイズおよび分布の特性から、フラックスピンナイング中心としての可能性が示された。
• これらのナノスケール欠陊の形成により、ドーピングされたY-123試料における臨界電流密度（Jc）が向上した。
• 主相のY-123相に顕著な相変化や劣化は観察されず、Znドーピング下での構造的安定性が示された。
• 本研究では、ナノ粒子誘発フラックスピンナイングが、ベースの超伝導相を変化させることなく、多結晶高温超伝導体におけるJc向上に有効な手段であると確認された。