[論文レビュー] Review of superconducting properties of MgB2

Cristina Buzea, Tsutomu Yamashita|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2001

Superconductivity in MgB2 and Alloys参考文献 9被引用数 31

ひとこと要約

このレビューでは、クラスで記録的なTc 40 Kを示す二元化合物であるMgB2の超伝導特性を要約し、その単純な構造、大きなコherence長、高い臨界電流密度（>10 MA/cm²）、および透過性のある界面の特徴を強調している。本稿は、大規模な応用および電子素子への応用可能性を検討するとともに、異方性やエネルギー隙の構造の性質といった未解決の問題にも言及している。

ABSTRACT

This review paper illustrates the main normal and superconducting state properties of magnesium diboride, a material known since early 1950's, but recently discovered to be superconductive at a remarkably high critical temperature Tc=40K for a binary compound. What makes MgB2 so special? Its high Tc, simple crystal structure, large coherence lengths, high critical current densities and fields, transparency of grain boundaries to current promises that MgB2 will be a good material for both large scale applications and electronic devices. During the last seven month, MgB2 has been fabricated in various forms, bulk, single crystals, thin films, tapes and wires. The largest critical current densities >10MA/cm2 and critical fields 40T are achieved for thin films. The anisotropy ratio inferred from upper critical field measurements is still to be resolved, a wide range of values being reported, between 1.2 and 9. Also there is no consensus about the existence of a single anisotropic or double energy gap. One central issue is whether or not MgB2 represents a new class of superconductors, being the tip of an iceberg who awaits to be discovered. Up to date MgB2 holds the record of the highest Tc in its class. However, the discovery of superconductivity in MgB2 revived the interest in non-oxides and initiated a search for superconductivity in related materials, several compounds being already announced to become superconductive: TaB2, BeB2.75, C-S composites, and the elemental B under pressure.

研究の動機と目的

• MgB2の正規状態および超伝導状態の性質を要約すること。MgB2は40 Kで超伝導を示すことが最近発見された材料である。
• 高い臨界電流密度と磁場耐性を有することに起因し、MgB2が大規模デバイスおよび電子素子における実用的応用の可能性を評価すること。
• 異方性比および単一または複数のエネルギー隙の存在に関する未解決の問題に言及すること。
• MgB2を新しい種類の超伝導体のプロトタイプとして位置づけ、関連材料のさらなる研究を促進すること。

提案手法

• 2001年1月から7月にかけて作製されたバルク、単結晶、薄膜、テープ、線材からの実験データの体系的レビュー。
• 上臨界磁場測定の分析により異方性比を推定し、報告値は1.2から9の範囲にわたる。
• 臨界電流密度および臨界磁場データの評価、特に薄膜で>10 MA/cm²および40 Tの達成を含む。
• 理論モデルと実験観察を比較して、超伝導隙の性質（単一対応か二重対応か）を評価すること。
• 複数の研究グループからの知見を統合し、報告された性質における合意と相違点を評価すること。
• 学術雑誌の参照および『Superconductors, Science & Technology』誌からのデータを用いて、報告された結果の妥当性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MgB2に見られる通常では異常に高いTc 40 Kは、どのような原因によるものであり、他の二元化合物と比べてどう異なるのか？
• RQ2 MgB2の界面透過性が、高い臨界電流密度を実現するにあたって、どの程度寄与しているのか？
• RQ3 MgB2の真の異方性比は何か？ なぜ報告値にこれほど大きな差が生じるのか？
• RQ4 MgB2は単一のエネルギー隙を示すのか、二重のエネルギー隙を示すのか？ それぞれを支持する証拠は何か？
• RQ5 MgB2の発見は、新しい種類の超伝導体を示唆するものであり、今後の材料発見にどのような意味を持つのか？

主な発見

• MgB2は、発表当時、いかなる二元化合物よりも高い臨界温度Tc = 40 Kを示す。
• MgB2の薄膜は、臨界電流密度が10 MA/cm²を超えており、上臨界磁場は最大40 Tに達している。
• 上臨界磁場測定から導かれる異方性比は、1.2から9の広範な範囲にわたって変動しており、未解決の実験的および理論的課題を示している。
• MgB2が単一のエネルギー隙を有するのか、二重のエネルギー隙を有するのかについては、合意が得られていない。異なる実験グループによる解釈が矛盾している。
• 材料の単純な結晶構造、高いコherence長、および透過性のある界面は、高電流用途において極めて有望である。
• MgB2の発見は、酸化物でない超伝導体に対する関心を再燃させ、TaB2、BeB2.75、C-S複合材料、および圧力下のボロンなど、関連化合物における超伝導の発表を促した。