JP7725517B2 - 超電導線材、超電導コイル、超電導磁石、超電導モータ、超電導発電機、超電導航空機、及び、超電導機器 - Google Patents

超電導線材、超電導コイル、超電導磁石、超電導モータ、超電導発電機、超電導航空機、及び、超電導機器

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Description

本発明の実施形態は、超電導線材、超電導コイル、超電導磁石、超電導モータ、超電導発電機、超電導航空機、及び、超電導機器に関する。
例えば、超電導線材を用いた超電導コイルをモータに応用する場合、超電導コイルで生み出される磁場を変化させるために、超電導コイルを構成する超電導線材に電流の向きが反転する交流電流を流す。このように、超電導線材に交流電流を流して利用することは、超電導の交流応用と称される。
超電導の交流応用では、超電導線材のインダクタンス成分によるエネルギーロスが生じる。超電導線材のインダクタンス成分によるエネルギーロスは交流損失とも称される。超電導の交流応用においては、超電導線材の交流損失を低減させることが望まれる。
なお、以下の記述では電流を反転させずに変化させ、インダクタンス成分が問題となる応用も交流応用と称することにする。
特開２０２２－４８８７４号公報
本発明が解決しようとする課題は、交流損失の低減が可能な超電導線材を提供することにある。
実施形態の超電導線材は、基板と、前記基板の上に設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の希土類元素、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記基板の表面に沿った第１の方向に伸長する第１の領域と、前記基板の上に設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の希土類元素、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記第１の方向に伸長する第２の領域と、前記基板の上に設けられ、前記第１の領域と前記第２の領域との間に前記第１の領域及び前記第２の領域に接して設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の希土類元素、プラセオジム（Ｐｒ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記第１の方向に伸長する第３の領域と、を備え、前記第３の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度が、前記第１の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度より大きく、前記第３の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度が、前記第２の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度よりも大きい。
第１の実施形態の超電導線材の模式上面図。 第１の実施形態の超電導線材の模式断面図。 第１の実施形態の超電導線材の模式図。 第１の実施形態の超電導線材の製造方法の説明図。 第１の実施形態の超電導線材の製造方法の説明図。 第１の実施形態の超電導線材の製造方法の説明図。 第１の実施形態の超電導線材の製造方法の説明図。 第２の実施形態の超電導モータの模式断面図。 第３の実施形態の超電導航空機の模式上面図。 第４の実施形態の超電導機器のブロック図。
本明細書中の超電導線材を構成する部材の化学組成の定性分析及び定量分析は、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＳＩＭＳ）、電子線プローブマイクロアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ：ＥＰＭＡ）により行うことが可能である。また、超電導線材を構成する部材の幅、部材の厚さ、部材間の距離等の測定、結晶構造の連続性の同定には、例えば、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）又は走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いることが可能である。また、超電導線材を構成する部材の構成物質の同定、結晶軸の配向性の同定には、例えば、Ｘ線回折分析（Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）を用いることが可能である。
本明細書中の超電導線材に含まれる「粒子のアスペクト比」とは、以下のように定義される。超電導線材を撮像した２次元画像から決定される粒子を楕円でフィッテイングした時の長軸の長さを長径、短軸の長さを短径と定義する。短径に対する長径の比（長径／短径）を、粒子のアスペクト比と定義する。例えば、超電導線材のＳＥＭ画像を画像処理することで粒子の形状を決定し、決定された粒子の形状から「粒子のアスペクト比」を求めることができる。
超電導線材のＳＥＭ画像は、例えば、画像処理ソフトウェアＩｍａｇｅＪを用いて解析される。ＳＥＭ画像においてアスペクト比が高い粒子は明るい領域として抽出される。抽出はＳＥＭ画像の二値化により行う。二値化の閾値は、元のＳＥＭ画像と二値化後のＳＥＭ画像を比較し、アスペクト比が高い粒子が適切に抽出されるように設定する。なお、隣り合う粒子が接している場合、二値化後に繋がった状態になることがある。このような場合、例えば分節化によって粒子を分割する。この他、粒子の抽出に必要な処理を適宜行い、元のＳＥＭ画像から適切にアスペクト比が高い粒子を抽出する。
以下、実施形態の超電導線材について、図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態の超電導線材は、基板と、基板の上に設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の希土類元素、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、基板の表面に平行な第１の方向に伸長する第１の領域と、基板の上に設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の希土類元素、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、基板の表面に沿った第１の方向に伸長する第２の領域と、基板の上に設けられ、第１の領域と第２の領域との間に第１の領域及び第２の領域に接して設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の希土類元素、プラセオジム（Ｐｒ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、第１の方向に伸長する第３の領域と、を備える。そして、第３の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度が、第１の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度より大きく、第３の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度が、第２の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度よりも大きい。
図１は、第１の実施形態の超電導線材の模式上面図である。図２は、第１の実施形態の超電導線材の模式断面図である。図１は、図２の保護層を除去した状態の上面図である。図２は、図１のＡＡ’断面である。
第１の実施形態の超電導線材は、超電導線材１００である。
超電導線材１００は、図２に示すように、基板１０と、中間層２０と、酸化物超電導層３０と、保護層４０とを備える。基板１０は、酸化物超電導層３０の機械的強度を高める。中間層２０は、いわゆる配向中間層である。中間層２０は、酸化物超電導層３０を成膜する際に、酸化物超電導層３０を配向させるために設けられる。保護層４０は、酸化物超電導層３０を保護する。
超電導線材１００の基板１０の表面に平行な第１の方向の長さは、例えば、０．１ｍ以上５００ｍ以下である。
基板１０は、例えば、ニッケルタングステン合金などの金属である。また、中間層２０は、例えば、基板１０側から酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）である。基板１０と中間層２０の層構成は、例えば、ニッケルタングステン合金／酸化イットリウム／イットリア安定化ジルコニア／酸化セリウムである。この場合、酸化セリウム上に酸化物超電導層３０が形成される。
基板１０は、例えば、酸化物超電導層３０と格子整合する単結晶層であっても構わない。単結晶層は、例えば、ランタンアルミネート（ＬａＡｌＯ３、以下、ＬＡＯとも表現する）である。基板１０にランタンアルミネートを適用する場合、中間層２０は省略することも可能である。
保護層４０は、例えば、銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）が母材の金属である。保護層４０は、例えば、合金である。保護層４０として酸化物層を用いることも可能である。
酸化物超電導層３０は、基板１０と保護層４０との間に設けられる。酸化物超電導層３０は、中間層２０と保護層４０との間に設けられる。酸化物超電導層３０は、中間層２０の上に、中間層２０に接して設けられる。
酸化物超電導層３０は、第１の超電導領域３１ａ、第２の超電導領域３１ｂ、第３の超電導領域３１ｃ、第４の超電導領域３１ｄ、第１の非超電導領域３２ａ、第２の非超電導領域３２ｂ、及び第３の非超電導領域３２ｃを含む。
第１の超電導領域３１ａは、第１の領域の一例である。第２の超電導領域３１ｂは、第２の領域の一例である。第１の非超電導領域３２ａは第３の領域の一例である。
第１の超電導領域３１ａ、第２の超電導領域３１ｂ、第３の超電導領域３１ｃ、第４の超電導領域３１ｄ、第１の非超電導領域３２ａ、第２の非超電導領域３２ｂ、及び第３の非超電導領域３２ｃは、基板１０の表面に沿った第１の方向に伸長する。第１の方向は、例えば、基板１０の長手方向である。
第１の非超電導領域３２ａは、第１の超電導領域３１ａと第２の超電導領域３１ｂとの間に設けられる。第１の非超電導領域３２ａは、第１の超電導領域３１ａ及び第２の超電導領域３１ｂに接する。
第２の非超電導領域３２ｂは、第２の超電導領域３１ｂと第３の超電導領域３１ｃとの間に設けられる。第２の非超電導領域３２ｂは、第２の超電導領域３１ｂ及び第３の超電導領域３１ｃに接する。
第３の非超電導領域３２ｃは、第３の超電導領域３１ｃと第４の超電導領域３１ｄとの間に設けられる。第３の非超電導領域３２ｃは、第３の超電導領域３１ｃ及び第４の超電導領域３１ｄに接する。
以下、説明を容易にするために、第１の超電導領域３１ａ、第２の超電導領域３１ｂ、第３の超電導領域３１ｃ、及び第４の超電導領域３１ｄを総称して、単に超電導領域３１と称する場合がある。また、第１の非超電導領域３２ａ、第２の非超電導領域３２ｂ、及び第３の非超電導領域３２ｃを総称して、単に非超電導領域３２と称する場合がある。
第２の方向は第１の方向に垂直で、基板１０の表面に沿った方向である。第２の方向は非超電導領域３２から超電導領域３１に向かう方向である。第２の方向は、例えば、基板１０の短手方向である。第１の方向及び第２の方向に垂直な方向が第３の方向である。第３の方向は基板１０の厚み方向であり、基板１０の表面に略垂直である。
酸化物超電導層３０は、非超電導領域３２と超電導領域３１を含む。酸化物超電導層３０は、非超電導領域３２を間に挟んで複数の超電導領域３１に分割されている。図１、図２の場合、酸化物超電導層３０は、４つの超電導領域３１に分割されている。酸化物超電導層３０は、例えば、２つに分割されていてもよいし、３つに分割されていてもよい。また、酸化物超電導層３０は、例えば、５つ以上の領域に分割されていてもよい。
超電導領域３１は、超電導特性を有する。非超電導領域３２は、超電導特性を有しない。非超電導領域３２は、超電導領域３１を電気的に分離する。非超電導領域３２は、超電導線材１００に電流を流す際に、絶縁体として機能する。
酸化物超電導層３０の第１の方向の長さ（図１中のＬ）は、例えば、０．１ｍ以上である。超電導領域３１の第１の方向の長さは、例えば、０．１ｍ以上である。非超電導領域３２の第１の方向の長さは、例えば、０．１ｍ以上である。
超電導領域３１の第２の方向の幅Ｗ１は、例えば、５μｍ以上１０ｍｍ以下である。非超電導領域３２の第２の方向の幅Ｗ２は、例えば、１μｍ以上２ｍｍ以下である。なお、便宜上図１では超電導領域３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの幅を全て等しくＷ１と表記しているが、実際にはそれぞれの幅が異なっていても良い。ここでは、超電導領域３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの幅の中央値をＷ１と表記する。非超電導領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃについても同様に、非超電導領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃのそれぞれの幅が異なっていても良く、非超電導領域３２ａ、３２ｂ、３２ｃの幅の中央値をＷ２と表記する。
酸化物超電導層３０の第２の方向の幅（図１中のＷｘ）は、例えば、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。非超電導領域３２の第２の方向の幅（図１中のＷ２）は、例えば、超電導領域３１の第２の方向の幅（図１中のＷ１）以下である。非超電導領域３２の第２の方向の幅（図１中のＷ２）は、例えば、超電導領域３１の第２の方向の幅（図１中のＷ１）より小さい。
超電導領域３１と非超電導領域３２の境界は、例えば、酸化物超電導層３０の表面をＥＰＭＡでマッピングと点分析し、希土類元素ＲＥ中のプラセオジム（Ｐｒ）の濃度が１％未満の領域を超電導領域３１、希土類元素ＲＥ中のプラセオジム（Ｐｒ）の濃度が１％以上の領域を非超電導領域３２とすることで決定できる。
酸化物超電導層３０の第３の方向の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。
酸化物超電導層３０は、希土類元素を含む酸化物である。酸化物超電導層３０に含まれる希土類元素を含む酸化物は、ペロブスカイト構造を有する。酸化物超電導層３０に含まれる希土類元素を含む酸化物の結晶は、例えば、直方晶（斜方晶）である。
酸化物超電導層３０に含まれる希土類元素を含む酸化物は、例えば、ＲＥＢａＡＣｕＢＯ７－Ｃ（１．８≦Ａ≦２．２，２．７≦Ｂ≦３．３，－０．２≦Ｃ≦１）の化学組成を有する。酸化物超電導層３０に含まれる希土類元素を含む酸化物は、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｙ（－０．２≦ｙ≦１）の化学組成を有する酸化物を含む。ＲＥが希土類サイトである。
超電導領域３１は、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの希土類元素、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。
超電導領域３１における希土類元素ＲＥ中のプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は、例えば、１原子％未満である。超電導領域３１におけるプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は、非超電導領域３２におけるプラセオジム（Ｐｒ）の濃度よりも小さい。
超電導領域３１に含まれる希土類元素を含む酸化物は、例えば、ＲＥＢａＤＣｕＥＯ７－Ｆ（１．８≦Ｄ≦２．２，２．７≦Ｅ≦３．３，－０．２≦Ｆ≦１）の化学組成を有する。超電導領域３１は、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｙ（－０．２≦ｙ≦１）の化学組成を有する酸化物を含む。
超電導領域３１は、例えば、ペロブスカイト構造を有する。超電導領域３１は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶である。
超電導領域３１は、例えば、ｃ軸配向する。超電導領域３１に含まれる化合物ＲＥＢａＤＣｕＥＯ７－Ｆ（１．８≦Ｄ≦２．２，２．７≦Ｅ≦３．３，－０．２≦Ｆ≦１）の結晶のｃ軸は、例えば、酸化物超電導層３０の厚み方向、すなわち基板１０の表面に略垂直な方向、すなわち、第３の方向に揃っている。
非超電導領域３２は、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの希土類元素、プラセオジム（Ｐｒ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び、酸素（Ｏ）を含む。
非超電導領域３２はプラセオジム（Ｐｒ）を含むことで、超電導特性を発現しない。非超電導領域３２における希土類元素ＲＥ中のプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は、例えば、１０原子％以上５０原子％以下である。非超電導領域３２における希土類元素ＲＥ中のプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は、１５原子％以上４５原子％以下であることがより好ましく、２０原子％以上４０原子％以下であることが更に好ましい。
非超電導領域３２に含まれる希土類元素を含む酸化物は、例えば、ＲＥＢａＧＣｕＨＯ７－Ｉ（１．８≦Ｇ≦２．２，２．７≦Ｈ≦３．３，－０．２≦Ｉ≦１）の化学組成を有する。非超電導領域３２は、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｙ（－０．２≦ｙ≦１）の化学組成を有する酸化物を含む。
非超電導領域３２は、例えば、ペロブスカイト構造を有する。
第１の超電導領域３１ａ、第２の超電導領域３１ｂ、第３の超電導領域３１ｃ、第４の超電導領域３１ｄ、第１の非超電導領域３２ａ、第２の非超電導領域３２ｂ、及び第３の非超電導領域３２ｃのそれぞれの領域に含まれる上記群から選ばれる少なくとも一つの希土類元素は、例えば、同一である。
例えば、第１の超電導領域３１ａに、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の希土類元素が含まれ、第２の超電導領域３１ｂに、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の希土類元素が含まれ、第１の非超電導領域３２ａに、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の希土類元素が含まれるとする。
例えば、第１の希土類元素、第２の希土類元素、及び第３の希土類元素が同一の元素である。例えば、第１の希土類元素、第２の希土類元素、及び第３の希土類元素が全てイットリウム（Ｙ）である。
第１の超電導領域３１ａ、第２の超電導領域３１ｂ、第３の超電導領域３１ｃ、第４の超電導領域３１ｄ、第１の非超電導領域３２ａ、第２の非超電導領域３２ｂ、及び第３の非超電導領域３２ｃのそれぞれの領域に含まれる上記群から選ばれる少なくとも一つの希土類元素は、異なっていても構わない。
例えば、第１の希土類元素、第２の希土類元素、及び第３の希土類元素が異なる元素である。例えば、第１の希土類元素がイットリウム（Ｙ）、第２の希土類元素がサマリウム（Ｓｍ）、第３の希土類元素がジスプロシウム（Ｄｙ）である。
例えば、第１の希土類元素、第２の希土類元素、及び第３の希土類元素のいずれか又は全てが、２種以上の希土類元素であっても構わない。例えば、第１の希土類元素、第２の希土類元素、及び第３の希土類元素のいずれか又は全てが、３種以上の希土類元素であっても構わない。
図３（ａ）、図３（ｂ）は、第１の実施形態の超電導線材の模式図である。図３（ａ）は、超電導領域３１の表面の模式図である。図３（ｂ）は、非超電導領域３２の表面の模式図である。図３（ａ）、図３（ｂ）は、酸化物超電導層３０の上の保護層４０除去した状態の上面図である。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、非超電導領域３２の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、超電導領域３１の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度よりも大きい。高アスペクト粒子３６のアスペクト比は３以上である。
高アスペクト粒子３６は、例えば、棒状又は針状の粒子である。高アスペクト粒子３６の長軸方向は、直方晶のペロブスカイ構造を有する希土類元素を含む酸化物のｃ軸方向であると考えられる。したがって、高アスペクト粒子３６は、基板１０の表面に対してｃ軸配向していない。
高アスペクト粒子３６の面密度が大きいほど、ｃ軸配向度が低い。したがって、少なくとも酸化物超電導層３０の表面においては、非超電導領域３２のｃ軸配向度が、超電導領域３１のｃ軸配向度より低い。
例えば、第１の非超電導領域３２ａ表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、第１の超電導領域３１ａの表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度よりも大きい。また、例えば、第１の非超電導領域３２ａ表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、第２の超電導領域３１ｂの表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度よりも大きい。
例えば、非超電導領域３２の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、超電導領域３１の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度の２倍以上１０００倍以下である。例えば、第１の非超電導領域３２ａの表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、第１の超電導領域３１ａの表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度の２倍以上１００倍以下である。また、例えば、第１の非超電導領域３２ａ表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、第２の超電導領域３１ｂの表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度の２倍以上１０００倍以下である。
高アスペクト粒子３６の面密度は、単位面積あたりに存在する高アスペクト粒子３６の個数である。高アスペクト粒子３６の面密度を算出する際の単位面積は、例えば、１μｍ２である。
超電導領域３１又は非超電導領域３２の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度を求める際には、例えば、複数の１０μｍ□（ｓｑｕａｒｅ）の領域で高アスペクト粒子３６の個数を数えて面密度を求め、その平均値を用いる。
超電導領域３１の高アスペクト粒子３６の面密度は、例えば、０．１個／μｍ２未満である。非超電導領域３２の高アスペクト粒子３６の面密度は、例えば、０．１個／μｍ２以上１個／μｍ２以下である。
例えば、非超電導領域３２の内部に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、非超電導領域３２の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度よりも小さい。例えば、非超電導領域３２の内部とは、非超電導領域３２の表面より基板１０に近い位置の、非超電導領域３２の表面に沿った断面である。例えば、非超電導領域３２の内部とは、非超電導領域３２の第３の方向の厚さの半分の位置よりも基板１０に近い位置の断面である。非超電導領域３２の内部に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、例えば、非超電導領域３２の表面を研磨等で除去することで測定できる。非超電導領域３２の表面とは、例えば、非超電導領域３２の保護層４０との界面近傍である。非超電導領域３２の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、例えば、保護層４０を剥離等で除去することで測定できる。
酸化物超電導層３０は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、プラセオジム（Ｐｒ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び炭素（Ｃ）以外の元素である不純物元素が含まれ得る。不純物元素は２種以上であっても構わない。
例えば、非超電導領域３２に含まれる不純物元素の原子濃度は、超電導領域３１に含まれる不純物元素の原子濃度より高い。
以下、第１の実施形態の超電導線材１００の製造方法の一例について説明する。
第１の実施形態の超電導線材１００の製造方法の一例では、基板１０上に中間層２０を形成し、中間層２０上に酸化物超電導層３０を形成し、酸化物超電導層３０上に保護層４０を形成する。酸化物超電導層３０はＴｒｉｆｕｌｕｏｒｏ Ａｃｅｔａｔｅｓ Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（ＴＦＡ－ＭＯＤ法）により形成される。
図４は、第１の実施形態の超電導線材の製造方法の説明図である。図４は、第１の実施形態の製造方法のコーティング溶液作製の一例を示すフローチャートである。
最初に、第１のコーティング溶液及び第２のコーティング溶液の作製について説明する。
図４に示すように、イットリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）それぞれの金属酢酸塩を準備する（ａ１）。また、トリフルオロ酢酸を準備する（ａ２）。次に、準備した金属酢酸塩を水に溶解させ水溶液を作製する（ｂ）。得られた水溶液を、準備したトリフルオロ酢酸と混合する（ｃ）。得られた溶液を反応・精製し（ｄ）、不純物入りの第１のゲルを得る（ｅ）。その後、得られた第１のゲルをメタノールに溶解し（ｆ）、不純物入りの溶液を作成する（ｇ）。得られた溶液を反応・精製し不純物を取り除き（ｈ）、溶媒入りの第２のゲルを得る（ｉ）。さらに、得られた第２のゲルをメタノールに溶解し（ｊ）、コーティング溶液が準備される（ｋ）。図４に示す溶媒をゲル内に取り込ませて不純物を低減する手法はＳｏｌｖｅｎｔ－Ｉｎｔｏ－Ｇｅｌ法（ＳＩＧ法）と呼ばれる。
イットリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、及び銅（Ｃｕ）を含むコーティング溶液が、第１のコーティング溶液となる。以下、第１のコーティング溶液を、超電導領域形成用コーティング溶液と称する。
次に、第２のコーティング溶液の作製について説明する。
図４に示すように、プラセオジム（Ｐｒ）、イットリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）それぞれの金属酢酸塩を準備する（ａ１）。また、トリフルオロ酢酸を準備する（ａ２）。次に、準備した金属酢酸塩を水に溶解させ水溶液を作製する（ｂ）。得られた水溶液を、準備したトリフルオロ酢酸と混合する（ｃ）。得られた溶液を反応・精製し（ｄ）、不純物入りの第１のゲルを得る（ｅ）。その後、得られた第１のゲルをメタノールに溶解し（ｆ）、不純物入りの溶液を作成する（ｇ）。得られた溶液を反応・精製し不純物を取り除き（ｈ）、溶媒入りの第２のゲルを得る（ｉ）。さらに、得られた第２のゲルをメタノールに溶解し（ｊ）、コーティング溶液が準備される（ｋ）。
プラセオジム（Ｐｒ）、イットリウム（Ｙ）、バリウム（Ｂａ）、及び銅（Ｃｕ）を含むコーティング溶液が、第２のコーティング溶液となる。以下、第２のコーティング溶液を、非超電導領域形成用コーティング溶液と称する。
図５は、第１の実施形態の超電導線材の製造方法の説明図である。図５は、コーティング溶液から超電導膜を成膜する方法の一例を示すフローチャートである。
図５に示すように、まず、先に調製したコーティング溶液を準備する（ａ）。コーティング溶液を基板上に、例えば、インクジェット法により塗布することで成膜し（ｂ）、ゲル膜を得る（ｃ）。その後、得られたゲル膜に、一次熱処理である仮焼を行い、有機物を分解し（ｄ）、仮焼膜を得る（ｅ）。さらに、この仮焼膜に二次熱処理である本焼を行い（ｆ）、その後、例えば、純酸素アニールを行い（ｇ）、超電導膜（ｈ）を得る。
図６（ａ）、図６（ｂ）は、第１の実施形態の超電導線材の製造方法の説明図である。図６（ａ）、図６（ｂ）は、第１の実施形態のインクジェット法による基板上へのゲル膜の形成の説明図である。図６（ａ）は基板１０の上方向から見た図、図６（ｂ）は基板１０の横方向から見た図である。
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、ノズル３４から、超電導領域形成用コーティング溶液３５ａと、非超電導領域形成用コーティング溶液３５ｂを基板１０に向けて射出する。図６（ａ）に示すように、基板１０の上に、超電導領域形成用コーティング溶液３５ａの間に非超電導領域形成用コーティング溶液３５ｂが挟まれ、かつ、超電導領域形成用コーティング溶液３５ａと非超電導領域形成用コーティング溶液３５ｂが接するように、超電導領域形成用コーティング溶液３５ａ及び非超電導領域形成用コーティング溶液３５ｂが射出される。
基板１０は、ノズル３４に対して第１の方向に移動する。基板１０の上に射出された超電導領域形成用コーティング溶液３５ａ及び非超電導領域形成用コーティング溶液３５ｂは、第１の方向に伸長する。
基板１０の上に射出された非超電導領域形成用コーティング溶液３５ｂが基板１０に達した際の液滴の平均直径は、例えば、５μｍ以下である。
なお、インクジェット法にかえて、例えば、ダイコート法を用いることも可能である。
図７は、第１の実施形態の超電導線材の製造方法の説明図である。図７は、超電導線材１００を製造する際の仮焼又は本焼の焼成条件と、高アスペクト粒子３６の面密度との関係の説明図である。
図７に示すように、焼成条件と高アスペクト粒子３６の面密度との関係は、超電導領域３１と非超電導領域３２とで異なる。焼成条件は、例えば、焼成温度、焼成時間、又は、酸素分圧等である。
例えば、条件Ｘでは、本焼時の酸素分圧を、超電導領域に最適な値と非超電導領域に最適な値の中間の値に設定することで、超電導領域３１及び非超電導領域３２のいずれにおいても、高アスペクト粒子３６の面密度が小さくなる。言い換えれば、条件Ｘでは、超電導領域３１及び非超電導領域３２のいずれにおいても、高いｃ軸配向度が得られる。
一方、条件Ｙでは、本焼時の酸素分圧を超電導領域に最適な値から少し高い側にずらした条件にすると、超電導領域に対しては最適な値から少しずれるだけである一方、非超電導領域に対しては最適な値からのずれが超電導領域と比較して大きい。このため、超電導領域３１の高アスペクト粒子３６の面密度は小さいが、非超電導領域３２の高アスペクト粒子３６の面密度は大きい。言い換えれば、条件Ｙでは、超電導領域３１のｃ軸配向度は高いが、非超電導領域３２のｃ軸配向度は低くなる。
例えば、第１の実施形態の超電導線材１００の製造方法では、焼成条件として条件Ｙに相当する条件を選択することによって、非超電導領域３２の高アスペクト粒子３６の面密度を、超電導領域３１の高アスペクト粒子３６の面密度よりも大きくすることが可能となる。さらに、例えば、本焼時の酸素分圧を、はじめは条件Ｘにしておき途中で条件Ｙに変更することで、基板側から結晶成長した非超電導領域３２の高アスペクト比の面密度を変化させ、非超電導領域３２の内部では高アスペクト比の面密度を低く、非超電導領域３２の表面では高アスペクト比の面密度を高くするという制御が可能となる。
以上の製造方法により、酸化物超電導層３０を含む第１の実施形態の超電導線材１００が製造される。
第１の実施形態の超電導線材１００は、酸化物超電導層３０が非超電導領域３２によって、複数の超電導領域３１に分割されている。言い換えれば、酸化物超電導層３０が複数の超電導領域３１に細線化されている。
したがって、超電導線材１００によれば、交流応用した際に、インダクタンス成分によるエネルギーロスが低減できる。よって、超電導線材１００によれば、交流損失の低減が可能となる。
超電導線材の酸化物超電導層を分割する方法にはレーザースクライビング法で上方からアブレーション加工する方法がある。この方法ではレーザースクライビング法の熱ダメージにより、超電導特性が劣化することや、分割された酸化物超電導層の間は空隙となるため、酸化物超電導層の機械的強度が低下するおそれがある。
第１の実施形態の超電導線材１００は、酸化物超電導層３０が非超電導領域３２によって、複数の超電導領域３１に分割されている。非超電導領域３２は、コーティング溶液の射出又は塗布により形成できる。したがって、超電導領域３１の超電導特性の劣化が生じにくい。また、分割された超電導領域３１の間には、非超電導領域３２が存在する。したがって、酸化物超電導層３０の機械的強度が向上する。
第１の実施形態の超電導線材１００では、非超電導領域３２の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、超電導領域３１の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度よりも大きい。非超電導領域３２の表面に高アスペクト粒子３６が高密度に存在することで、非超電導領域３２の表面が不純物のゲッタリングサイトとして機能することが考えられる。すなわち、非超電導領域３２の表面が超電導線材１００の製造中に意図せず導入されてしまう不純物を捕獲する領域として機能することができる。
例えば、意図せず導入された不純物が、超電導領域３１に侵入すると、超電導領域３１の超電導特性を劣化させるおそれがある。第１の実施形態の超電導線材１００は、非超電導領域３２の表面が不純物のゲッタリングサイトとして機能することで、不純物が超電導領域３１に侵入することが抑制できる。したがって、超電導特性に優れた超電導線材１００が実現できる。
非超電導領域３２の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、超電導領域３１の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度の２倍以上であることが好ましく、５倍以上であることがより好ましく、１０倍以上であることが更に好ましい。上記下限値を上回ることで、非超電導領域３２の表面での不純物の捕獲が更に促進される。したがって、更に超電導特性に優れた超電導線材１００が実現できる。
非超電導領域３２の表面での不純物の捕獲を促進する観点からは、非超電導領域３２の内部に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、超電導領域３１の内部に存在する高アスペクト粒子３６の面密度よりも高いことが好ましい。例えば、超電導領域３１の内部とは、超電導領域３１の表面より基板１０に近い位置の、超電導領域３１の表面に沿った断面である。超電導領域３１の内部とは、例えば、超電導領域３１の第３の方向の厚さの半分の位置よりも基板１０に近い断面である。超電導領域３１の内部に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、例えば、超電導領域３１の表面を研磨等で除去することで測定できる。超電導領域３１の表面とは、例えば、超電導領域３１の保護層４０との界面近傍である。超電導領域３１の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、例えば、保護層４０を剥離等で除去することで測定できる。
一方、酸化物超電導層３０の機械的強度を向上させる観点からは、非超電導領域３２の内部に存在する高アスペクト粒子３６の面密度は、非超電導領域３２の表面に存在する高アスペクト粒子３６の面密度よりも小さいことが好ましい。非超電導領域３２の内部のｃ軸配向度が向上し、超電導領域３１と非超電導領域３２との界面でのペロブスカイト構造の連続性が向上する。よって、超電導領域３１と非超電導領域３２との界面の機械的強度が向上する。
第１の実施形態の超電導線材１００において、超電導線材１００を線材として機能させる観点から、超電導領域３１及び非超電導領域３２の、第１の方向の長さは０．１ｍ以上であることがましい。
第１の実施形態の超電導線材１００において、交流損失を低減させる観点から、非超電導領域３２の第２の方向の幅（図１中のＷ２）は、超電導領域３１の第２の方向の幅（図１中のＷ１）よりも小さいことが好ましい。
第１の実施形態の超電導線材１００において、超電導特性を損なわない観点から、超電導領域３１の第２の方向の幅（図１中のＷ１）は、例えば、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。
第１の実施形態の超電導線材１００において、交流損失を低減させる観点から、超電導領域３１の第２の方向の幅（図１中のＷ１）は、例えば、１ｍｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることが更に好ましい。
第１の実施形態の超電導線材１００において、絶縁性を保証する観点から、非超電導領域３２の第２の方向の幅（図１中のＷ２）は、例えば、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。
第１の実施形態の超電導線材１００において、交流損失を低減させる観点から、非超電導領域３２の第２の方向の幅（図１中のＷ２）は、例えば、１ｍｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましく、１０μｍ以下であることが更に好ましい。
第１の実施形態の超電導線材１００において、非超電導領域３２に含まれるプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は、非超電導領域３２に超電導特性を発現させない観点から１０原子％以上であることが好ましく、２０原子％以上であることが更に好ましい。
第１の実施形態の超電導線材１００において、超電導領域３１に含まれるプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は、超電導領域３１の超電導特性を阻害しない観点から１原子％未満であることが好ましく、０．１原子％未満であることが更に好ましい。
以上、第１の実施形態によれば、交流損失の低減が可能な超電導線材を提供できる。また、不純物のゲッタリングサイトを備えることで、超電導特性に優れた超電導線材を提供できる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態の超電導モータは、第１の実施形態の超電導線材を備えた超電導コイル及び上記超電導コイルを備えた超電導磁石を含む。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第２の実施形態の超電導モータの模式断面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢＢ’断面である。
第２の実施形態の超電導モータ２００は、回転子及び固定子のいずれにも超電導コイルを用いる全超電導モータである。
超電導モータ２００は、ケース５０、固定子５２、回転子５４、及びシャフト５６を備える。固定子５２は固定子コイル５２ａ、回転子５４は回転子コイル５４ａを含む。
固定子コイル５２ａに第１の実施形態の超電導線材１００が用いられる。また、回転子コイル５４ａに第１の実施形態の超電導線材１００が用いられる。固定子コイル５２ａ及び回転子コイル５４ａは超電導コイルの一例である。
固定子５２の固定子コイル５２ａには、交流電流が流され、交流磁界が発生する。固定子５２は、超電導磁石の一例である。
第２の実施形態によれば、第１の実施形態の超電導線材１００を用いることで交流損失が低減した超電導コイル、超電導磁石、及び超電導モータが実現できる。また、超電導特性に優れた超電導線材１００を用いることで、特性の優れた超電導コイル、超電導磁石、及び超電導モータが実現できる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態の超電導航空機は、第２の実施形態の超電導モータを備える。以下、第１の実施形態又は第２の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
図９は、第３の実施形態の超電導航空機の模式上面図である。第３の実施形態の超電導航空機３００は、超電導モータ２００を動力源とする。
超電導航空機３００は、胴体部６０、主翼６２、ガスタービン６４、超電導発電機６６、及び複数の超電導モータ２００を含む。
複数の超電導モータ２００は、主翼６２の上に設けられる。超電導モータ２００は、第１の実施形態の超電導線材１００を用いた超電導コイルを含む。
複数の超電導モータ２００のそれぞれによって、図示しない推進用ファンが回転され、超電導航空機３００の推進力が生み出される。
ガスタービン６４及び超電導発電機６６は、胴体部６０の中に設けられる。超電導発電機６６は、第１の実施形態の超電導線材１００を用いた超電導コイルを含む。
ガスタービン６４は、例えば、液体水素を燃料として駆動される。超電導発電機６６はガスタービン６４に直結され、ガスタービン６４が駆動することにより発電し電力を生み出す。超電導発電機６６で生み出された電力により複数の超電導モータ２００が駆動される。
第３の実施形態によれば、第１の実施形態の超電導線材１００を用いることで交流損失が低減した超電導発電機及び超電導航空機が実現できる。また、超電導特性に優れた超電導線材１００を用いることで、特性の優れた超電導発電機及び超電導航空機が実現できる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態の超電導機器は、第１の実施形態の超電導線材を用いた超電導コイルを備えた超電導機器である。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
図１０は、第４の実施形態の超電導機器のブロック図である。第４の実施形態の超電導機器は、重粒子線治療器４００である。重粒子線治療器４００は、超電導機器の一例である。
重粒子線治療器４００は、入射系７０、シンクロトロン加速器７２、ビーム輸送系７４、照射系７６、制御系７８を備える。
入射系７０は、例えば、治療に用いる炭素イオンを生成し、シンクロトロン加速器７２に入射するための予備加速を行う機能を有する。入射系７０は、例えば、イオン発生源と線形加速器を有する。
シンクロトロン加速器７２は、入射系７０から入射された炭素イオンビームを治療に適合したエネルギーまで加速する機能を有する。シンクロトロン加速器７２に、第１の実施形態の超電導線材１００を用いた超電導コイルが適用される。
ビーム輸送系７４は、シンクロトロン加速器７２から入射された炭素イオンビームを照射系７６まで輸送する機能を有する。ビーム輸送系７４は、例えば、偏向電磁石を有する。
照射系７６は、ビーム輸送系７４から入射された炭素イオンビームを照射対象である患者に照射する機能を備える。照射系７６は、例えば、炭素イオンビームを任意の方向から照射可能にする回転ガントリーを有する。回転ガントリーに、第１の実施形態の超電導線材１００を用いた超電導コイルが適用される。
制御系７８は、入射系７０、シンクロトロン加速器７２、ビーム輸送系７４、及び照射系７６の制御を行う。制御系７８は、例えば、コンピュータである。
第４の実施形態の重粒子線治療器４００は、シンクロトロン加速器７２及び回転ガントリーに、第１の実施形態の超電導線材１００を用いた超電導コイルが用いられる。したがって、第４の実施形態によれば、特性の優れた重粒子線治療器が実現される。
第４の実施形態では、超電導機器の一例として、重粒子線治療器４００の場合を説明したが、超電導機器は、例えば、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）、磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）、磁界印加式単結晶引き上げ装置、又は超電導磁気浮上式鉄道車両であっても構わない。
以下、実施例について説明する。
（実施例１）
図４、図５に示されるフローチャートに従い、第１の実施形態の超電導線材１００と同様の超電導線材を製造した。超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素はイットリウム（Ｙ）を選択した。コーティング溶液の基板上への塗布は、インクジェット法を用いた。
ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧８５０ｐｐｍという条件である。
（実施例２）
ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が実施例１よりも小さくなる条件を選択する以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧８００ｐｐｍという条件である。
（実施例３）
ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が実施例２よりも小さくなる条件を選択する以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧７５０ｐｐｍという条件である。
（実施例４）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてガドリニウム（Ｇｄ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧８０ｐｐｍという条件である。
（実施例５）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてユウロピウム（Ｅｕ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧３５ｐｐｍという条件である。
（実施例６）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてランタン（Ｌａ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧０.２ｐｐｍという条件である。
（実施例７）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてネオジム（Ｎｄ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧３.５ｐｐｍという条件である。
（実施例８）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてサマリウム（Ｓｍ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧２０ｐｐｍという条件である。
（実施例９）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてジスプロシウム（Ｄｙ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧３００ｐｐｍという条件である。
（実施例１０）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてホルミウム（Ｈｏ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧５１０ｐｐｍという条件である。
（実施例１１）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてエルビウム（Ｅｒ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧９２０ｐｐｍという条件である。
（実施例１２）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてツリウム（Ｔｍ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧１６００ｐｐｍという条件である。
（実施例１３）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてイッテルビウム（Ｙｂ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧２０００ｐｐｍという条件である。
（実施例１４）
超電導領域の希土類元素及び非超電導領域の希土類元素としてルテチウム（Ｌｕ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧２４００ｐｐｍという条件である。
（実施例１５）
超電導領域の希土類元素としてイットリウム（Ｙ）、非超電導領域の希土類元素としてガドリニウム（Ｇｄ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧７６０ｐｐｍという条件である。
（実施例１６）
超電導領域の希土類元素としてイットリウム（Ｙ）、非超電導領域の希土類元素としてユウロピウム（Ｅｕ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧７５５ｐｐｍという条件である。
（実施例１７）
超電導領域の希土類元素としてガドリニウム（Ｇｄ）、非超電導領域の希土類元素としてユウロピウム（Ｅｕ）を選択し、ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度は小さくなり、非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が大きくなる条件を選択した以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧８０ｐｐｍという条件である。
（比較例）
ゲル膜及び仮焼膜の焼成条件として、超電導領域の高アスペクト粒子の面密度と非超電導領域の高アスペクト粒子の面密度が同様に小さくなる条件を選択する以外は、実施例１と同様の方法で超電導線材を製造した。焼成条件は、具体的には、本焼温度７９０℃、酸素分圧７００ｐｐｍという条件である。
表１に、実施例１～１７、及び比較例の超電導線材の評価結果を示す。なお、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、プラセオジム（Ｐｒ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び炭素（Ｃ）以外の元素を不純物として数えた。ＥＰＭＡ測定の結果、実施例１～１７では、非超電導領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度が、超電導層の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度より大きい。また、非超電導領域に塩素（Ｃｌ）が偏析していることが明らかになった。表１から、実施例１～１７では比較例と比較して臨界電流密度が上がり、超電導特性が向上することが分かる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下、本発明の技術案を記載する。
（技術案１）
基板と、
前記基板の上に設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の希土類元素、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記基板の表面に沿った第１の方向に伸長する第１の領域と、
前記基板の上に設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の希土類元素、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記第１の方向に伸長する第２の領域と、
前記基板の上に設けられ、前記第１の領域と前記第２の領域との間に前記第１の領域及び前記第２の領域に接して設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の希土類元素、プラセオジム（Ｐｒ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記第１の方向に伸長する第３の領域と、を備え、
前記第３の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度が、前記第１の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度より大きく、
前記第３の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度が、前記第２の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度よりも大きい、超電導線材。
（技術案２）
前記第１の領域及び前記第２の領域に含まれるプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は、前記第３の領域に含まれるプラセオジム（Ｐｒ）の濃度よりも小さい、技術案１記載の超電導線材。
（技術案３）
前記第１の領域及び前記第２の領域に含まれる希土類元素中のプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は１原子％未満であり、前記第３の領域に含まれる希土類元素中のプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は１０原子％以上である、技術案１又は技術案２記載の超電導線材。
（技術案４）
前記第３の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度は、前記第１の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度の２倍以上であり、
前記第３の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度は、前記第２の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度の２倍以上である、技術案１ないし技術案３いずれかに記載の超電導線材。
（技術案５）
前記第１の領域の前記第１の方向に垂直で前記基板の前記表面に沿った第２の方向の幅は５μｍ以上１０ｍｍ以下であり、
前記第２の領域の前記第２の方向の幅は５μｍ以上１０ｍｍ以下であり、
前記第３の領域の前記第２の方向の幅は１μｍ以上２ｍｍ以下である、技術案１ないし技術案４いずれかに記載の超電導線材。
（技術案６）
前記第３の領域の前記第１の方向に垂直で前記基板の前記表面に沿った第２の方向の幅は、前記第１の領域の前記第２の方向の幅及び前記第１の領域の前記第２の方向の幅以下である、技術案１ないし技術案５いずれかに記載の超電導線材。
（技術案７）
前記第３の領域の前記表面より前記基板に近い位置の、前記第３の領域の前記表面に沿った断面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度が、前記第３の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度よりも小さい、技術案１ないし技術案６いずれかに記載の超電導線材。
（技術案８）
前記第３の領域に含まれる不純物元素の原子濃度は、前記第１の領域に含まれる不純物元素の原子濃度より高く、
前記第３の領域に含まれる不純物元素の原子濃度は、前記第２の領域に含まれる不純物元素の原子濃度より高い、技術案１ないし技術案７いずれかに記載の超電導線材。
（技術案９）
技術案１ないし技術案８いずれか一項記載の超電導線材を備えた、超電導コイル。
（技術案１０）
技術案９記載の超電導コイルを備えた、超電導磁石。
（技術案１１）
技術案９記載の超電導コイルを備えた、超電導モータ。
（技術案１２）
技術案９記載の超電導コイルを備えた、超電導発電機。
（技術案１３）
技術案１１記載の超電導モータを備えた、超電導航空機。
（技術案１４）
技術案１ないし技術案８いずれか一項記載の超電導線材を備えた、超電導機器。
１０ 基板
２０ 中間層
３０ 酸化物超電導層
３１ａ 第１の超電導領域（第１の領域）
３１ｂ 第２の超電導領域（第２の領域）
３２ａ 第１の非超電導領域（第３の領域）
４０ 保護層
５２ 固定子（超電導磁石）
５２ａ 固定子コイル（超電導コイル）
５４ａ 回転子コイル（超電導コイル）
６６ 超電導発電機
１００ 超電導線材
２００ 超電導モータ
３００ 超電導航空機
４００ 重粒子線治療器（超電導機器）

Claims (14)

  1. 基板と、
    前記基板の上に設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第１の希土類元素、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記基板の表面に沿った第１の方向に伸長する第１の領域と、
    前記基板の上に設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第２の希土類元素、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記第１の方向に伸長する第２の領域と、
    前記基板の上に設けられ、前記第１の領域と前記第２の領域との間に前記第１の領域及び前記第２の領域に接して設けられ、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの第３の希土類元素、プラセオジム（Ｐｒ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記第１の方向に伸長する第３の領域と、を備え、
    前記第３の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度が、前記第１の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度より大きく、
    前記第３の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度が、前記第２の領域の表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度よりも大きい、超電導線材。
  2. 前記第１の領域及び前記第２の領域に含まれるプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は、前記第３の領域に含まれるプラセオジム（Ｐｒ）の濃度よりも小さい、請求項１記載の超電導線材。
  3. 前記第１の領域及び前記第２の領域に含まれる希土類元素中のプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は１原子％未満であり、前記第３の領域に含まれる希土類元素中のプラセオジム（Ｐｒ）の濃度は１０原子％以上である、請求項１記載の超電導線材。
  4. 前記第３の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度は、前記第１の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度の２倍以上であり、
    前記第３の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度は、前記第２の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度の２倍以上である、請求項１記載の超電導線材。
  5. 前記第１の領域の前記第１の方向に垂直で前記基板の前記表面に沿った第２の方向の幅は５μｍ以上１０ｍｍ以下であり、
    前記第２の領域の前記第２の方向の幅は５μｍ以上１０ｍｍ以下であり、
    前記第３の領域の前記第２の方向の幅は１μｍ以上２ｍｍ以下である、請求項１記載の超電導線材。
  6. 前記第３の領域の前記第１の方向に垂直で前記基板の前記表面に沿った第２の方向の幅は、前記第１の領域の前記第２の方向の幅及び前記第１の領域の前記第２の方向の幅以下である、請求項１記載の超電導線材。
  7. 前記第３の領域の前記表面より前記基板に近い位置の、前記第３の領域の前記表面に沿った断面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の面密度が、前記第３の領域の前記表面に存在するアスペクト比が３以上の粒子の前記面密度よりも小さい、請求項１記載の超電導線材。
  8. 前記第３の領域に含まれる不純物元素の原子濃度は、前記第１の領域に含まれる不純物元素の原子濃度より高く、
    前記第３の領域に含まれる不純物元素の原子濃度は、前記第２の領域に含まれる不純物元素の原子濃度より高い、請求項１記載の超電導線材。
  9. 請求項１ないし請求項８いずれか一項記載の超電導線材を備えた、超電導コイル。
  10. 請求項９記載の超電導コイルを備えた、超電導磁石。
  11. 請求項９記載の超電導コイルを備えた、超電導モータ。
  12. 請求項９記載の超電導コイルを備えた、超電導発電機。
  13. 請求項１１記載の超電導モータを備えた、超電導航空機。
  14. 請求項１ないし請求項８いずれか一項記載の超電導線材を備えた、超電導機器。
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