JPH03112813A - 超電導体 - Google Patents
超電導体Info
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- JPH03112813A JPH03112813A JP1250222A JP25022289A JPH03112813A JP H03112813 A JPH03112813 A JP H03112813A JP 1250222 A JP1250222 A JP 1250222A JP 25022289 A JP25022289 A JP 25022289A JP H03112813 A JPH03112813 A JP H03112813A
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- Japan
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- superconductor
- formula
- superconducting
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は、核融合炉、電磁流体発電機、加速器、回転
電気機器(電動機、発電機等)、磁気分離機、磁気浮上
列車、核磁気共鳴測定装置、磁気推進船、電子線露光装
置等のマグネットコイル用材料として適し、また、送電
線、電気エネルギー貯蔵機、変圧器、整流器等の電力損
失が問題になる用途に適し、また、ジョセフソン素子、
5QUID素子、超電導トランジスタなどの各種素子と
して適し、さらに、赤外線探知材料、磁気遮蔽材料等と
して適した超電導体に関する。
電気機器(電動機、発電機等)、磁気分離機、磁気浮上
列車、核磁気共鳴測定装置、磁気推進船、電子線露光装
置等のマグネットコイル用材料として適し、また、送電
線、電気エネルギー貯蔵機、変圧器、整流器等の電力損
失が問題になる用途に適し、また、ジョセフソン素子、
5QUID素子、超電導トランジスタなどの各種素子と
して適し、さらに、赤外線探知材料、磁気遮蔽材料等と
して適した超電導体に関する。
(従来の技術)
超電導転移温度の高い超電導体としては、−4の銅複合
酸化物系超電導体がある。これら一連の銅複合酸化物系
超電導体における超電導電流の電荷担体は、(Nd、C
e)2 CuO4や、Nd2Cu 04−J F gを
除き、いずれも正孔である。しかしながら、電荷担体が
正孔であると、コヒーレント長が短くなり、磁場中臨界
電流密度等の超電導特性がよくない。これに対して、上
述した超電導体はその電荷担体が電子であり、コヒーレ
ント長が長く、磁場中臨界電流密度等の超電導特性の高
いものが期待されているが、零抵抗超電導転移温度は約
20にと低い。
酸化物系超電導体がある。これら一連の銅複合酸化物系
超電導体における超電導電流の電荷担体は、(Nd、C
e)2 CuO4や、Nd2Cu 04−J F gを
除き、いずれも正孔である。しかしながら、電荷担体が
正孔であると、コヒーレント長が短くなり、磁場中臨界
電流密度等の超電導特性がよくない。これに対して、上
述した超電導体はその電荷担体が電子であり、コヒーレ
ント長が長く、磁場中臨界電流密度等の超電導特性の高
いものが期待されているが、零抵抗超電導転移温度は約
20にと低い。
(発明が解決しようとする課題)
この発明の目的は、電荷担体が電子であり、かつ、高い
零抵抗超電導転移温度を有する超電導体を提供するにあ
る。
零抵抗超電導転移温度を有する超電導体を提供するにあ
る。
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するために、この発明は、下記一般式で
表される超電導体を提供する。
表される超電導体を提供する。
α、βe Cu20.F4
ただし、
a : LaXNdXSmXEuおよびGdから選ばれ
た少なくとも1種の元素 β二SrおよびCaから選ばれた少なくとも1種の元素 1.8〈η<2.1 0.9<θ〈2.2 5.0〈γ<6.3 0.1〈δ〈1.2 この発明の超電導体は、構造的には、一連の銅複合酸化
物系超電導体とよ(似ており、単位格子中にCuの周り
にOが5配位したピラミッド構造を2ユニット含んでい
る。また、これらCu(!:Oとからなるピラミッド型
ユニットは、アルカリ土類元素(β)をはさんで底面を
対向させた配置になっている。さらに、各単位格子はC
軸方向(ピラミッド型の底面に垂直な方向)にピラミッ
ド型の頂点のOと希土類元素(α)とで岩塩構造を形成
しながら積み重なっている。そうして、希土類元素は、
LaXNd、SmXEuおよびGdから、アルカリ土類
金属元素は、CaおよびSrから、それぞれ選択、使用
することができる。これらは、1種を選択、使用しても
よいし、2種以上を任意の混合比で選択、使用してもよ
い。また、この結晶構造の単一相は、希土類元素とアル
カリ土類元素とCuとの比がある範囲内であるときにの
み得られる。すなわち、この発明の超電導体を表す一般
式において、ηおよびθが上述した範囲から外れると、
結晶構造が別の結晶系になったり、他の不純物相(絶縁
体)の混在が多くなる。
た少なくとも1種の元素 β二SrおよびCaから選ばれた少なくとも1種の元素 1.8〈η<2.1 0.9<θ〈2.2 5.0〈γ<6.3 0.1〈δ〈1.2 この発明の超電導体は、構造的には、一連の銅複合酸化
物系超電導体とよ(似ており、単位格子中にCuの周り
にOが5配位したピラミッド構造を2ユニット含んでい
る。また、これらCu(!:Oとからなるピラミッド型
ユニットは、アルカリ土類元素(β)をはさんで底面を
対向させた配置になっている。さらに、各単位格子はC
軸方向(ピラミッド型の底面に垂直な方向)にピラミッ
ド型の頂点のOと希土類元素(α)とで岩塩構造を形成
しながら積み重なっている。そうして、希土類元素は、
LaXNd、SmXEuおよびGdから、アルカリ土類
金属元素は、CaおよびSrから、それぞれ選択、使用
することができる。これらは、1種を選択、使用しても
よいし、2種以上を任意の混合比で選択、使用してもよ
い。また、この結晶構造の単一相は、希土類元素とアル
カリ土類元素とCuとの比がある範囲内であるときにの
み得られる。すなわち、この発明の超電導体を表す一般
式において、ηおよびθが上述した範囲から外れると、
結晶構造が別の結晶系になったり、他の不純物相(絶縁
体)の混在が多くなる。
さて、電荷担体が正孔である一連の銅酸化物系超電導体
は、磁場中での臨界電流密度の低下が著しい。これは、
一つには、これらの銅複合酸化物系超電導体は多結晶体
であることが多く、粒界の絶縁体部分に、外部から印加
された磁場で容易に破壊してしまう超電導弱結合が存在
するためである。また、超電導電流を運ぶ電荷担体が正
孔であるために、コヒーレント長が短いためである。こ
の発明の超電導体は、電荷担体が電子であるから、コヒ
ーレント長が長い。これは、固相反応中にFを酸素の一
部と置換させることによって電子を注入し、結晶全体の
電荷のバランスを壊し、電荷担体を電子にすることがで
きるからである。すなわち、酸素は2価の陰イオンであ
り、Fは1価の陰イオンであるため、Oの1原子がFの
1原子に置換されると電子1個が注入されることになる
。
は、磁場中での臨界電流密度の低下が著しい。これは、
一つには、これらの銅複合酸化物系超電導体は多結晶体
であることが多く、粒界の絶縁体部分に、外部から印加
された磁場で容易に破壊してしまう超電導弱結合が存在
するためである。また、超電導電流を運ぶ電荷担体が正
孔であるために、コヒーレント長が短いためである。こ
の発明の超電導体は、電荷担体が電子であるから、コヒ
ーレント長が長い。これは、固相反応中にFを酸素の一
部と置換させることによって電子を注入し、結晶全体の
電荷のバランスを壊し、電荷担体を電子にすることがで
きるからである。すなわち、酸素は2価の陰イオンであ
り、Fは1価の陰イオンであるため、Oの1原子がFの
1原子に置換されると電子1個が注入されることになる
。
方、超電導状態が発現されるためには、電荷担体が電子
である場合、電子濃度がある一定の範囲内でなければな
らないことが知られている。この範囲は、結晶内の電荷
の総量をCuの平均価数に換算したとき、1.7〜1.
8である。この発明の超電導体におけるγおよびδの範
囲は、この電子濃度の範囲に関連して決められる。ただ
、希土類元素(α)が3価の陽イオンであり、アルカリ
土類元素(β)が2価の陽イオンであるため、結晶中の
電荷担体の濃度はηおよびθの値にも若干依存する。ま
た、Fが結晶構造中の酸素に置換できるということは、
両者のイオン半径がほとんど同じであるということでも
あり、これから容易に推定できる。
である場合、電子濃度がある一定の範囲内でなければな
らないことが知られている。この範囲は、結晶内の電荷
の総量をCuの平均価数に換算したとき、1.7〜1.
8である。この発明の超電導体におけるγおよびδの範
囲は、この電子濃度の範囲に関連して決められる。ただ
、希土類元素(α)が3価の陽イオンであり、アルカリ
土類元素(β)が2価の陽イオンであるため、結晶中の
電荷担体の濃度はηおよびθの値にも若干依存する。ま
た、Fが結晶構造中の酸素に置換できるということは、
両者のイオン半径がほとんど同じであるということでも
あり、これから容易に推定できる。
さて、超電導転移温度は、現象論的には、単位格子中の
CuとOとからなるユニット数に比例して高くなるらし
いことが判明しつつある。上述した、従来の、電荷担体
が電子である超電導体は、単位格子中のCuと0とから
なるユニットを1個しか含んでいないために、超電導転
移温度が低いと推定される。これに対し、この発明の超
電導体では、CuとOとからなるユニットが2個あり、
電荷担体が電子である超電導体では最も高い超電導転移
温度を実現できるものである。
CuとOとからなるユニット数に比例して高くなるらし
いことが判明しつつある。上述した、従来の、電荷担体
が電子である超電導体は、単位格子中のCuと0とから
なるユニットを1個しか含んでいないために、超電導転
移温度が低いと推定される。これに対し、この発明の超
電導体では、CuとOとからなるユニットが2個あり、
電荷担体が電子である超電導体では最も高い超電導転移
温度を実現できるものである。
この発明の超電導体は、テープ状、線状、繊維状、シー
ト状等、いろいろな形態にして用いることができる。ま
た、炭素繊維や、セラミックスや、銀等の金属からなる
補強線材上に形成して用いることもできる。また、銀シ
ースなどの補強用の中空材料に詰め込んで使用すること
もできる。さらに、銅などのマトリクスを用いて多芯線
構造の超電導線材を作ることもできる。また、Si、M
gO1LaGa03等の基板上に薄膜として形成して、
各種の素子、あるいは、LSIの配線用として用いるこ
とができる。
ト状等、いろいろな形態にして用いることができる。ま
た、炭素繊維や、セラミックスや、銀等の金属からなる
補強線材上に形成して用いることもできる。また、銀シ
ースなどの補強用の中空材料に詰め込んで使用すること
もできる。さらに、銅などのマトリクスを用いて多芯線
構造の超電導線材を作ることもできる。また、Si、M
gO1LaGa03等の基板上に薄膜として形成して、
各種の素子、あるいは、LSIの配線用として用いるこ
とができる。
この発明の超電導体は、いろいろな方法によって製造す
ることができる。
ることができる。
たとえば、いわゆる粉末混合法によることができる。こ
の方法は、成分元素の酸化物やその前駆体(炭酸塩、硝
酸塩等)、弗化物の粉末を所望の割合で混合し、それを
焼結温度以下の温度で焼成し、さらに粉砕、混合し、所
望の形状に成形した後に焼成する方法である。また、薄
膜を形成する方法としては、よく知られた、電子ビーム
蒸着法、レーザー蒸着法等の各種蒸着法、マグネトロン
スパッタ法等の各種スパッタ法、ハロゲン化物や有機金
属等を用いる化学的気相成長法、硝酸塩や有機酸塩等を
用いる霧化法、アルコキシド等を用いる塗布法などがあ
る。
の方法は、成分元素の酸化物やその前駆体(炭酸塩、硝
酸塩等)、弗化物の粉末を所望の割合で混合し、それを
焼結温度以下の温度で焼成し、さらに粉砕、混合し、所
望の形状に成形した後に焼成する方法である。また、薄
膜を形成する方法としては、よく知られた、電子ビーム
蒸着法、レーザー蒸着法等の各種蒸着法、マグネトロン
スパッタ法等の各種スパッタ法、ハロゲン化物や有機金
属等を用いる化学的気相成長法、硝酸塩や有機酸塩等を
用いる霧化法、アルコキシド等を用いる塗布法などがあ
る。
なお、この発明の超電導体は、酸素欠損を生じたほうが
、結晶中の電荷担体、すなわち、注入される電子の数を
増やしやすくなるので、焼成後、急冷したり、低酸素分
圧の雰囲気中で熱処理するのが好ましい。
、結晶中の電荷担体、すなわち、注入される電子の数を
増やしやすくなるので、焼成後、急冷したり、低酸素分
圧の雰囲気中で熱処理するのが好ましい。
(実施例)
実施例l
La2O3、LaF3、SrCO3、CuOの各粉末を
、La:Sr:Cu:Fが1.9:1゜1:2:0.8
になるように計りとり、メノウ乳鉢で粉砕、混合した後
、Al2O3の容器に入れ、空気中にて950℃で12
時間焼成した。その後、再びメノウ乳鉢で粉砕し、ペレ
ット状に成形し、空気中にて1025℃で24時間焼成
した後、液体窒素中で約り000℃/秒の速度で急冷し
た。
、La:Sr:Cu:Fが1.9:1゜1:2:0.8
になるように計りとり、メノウ乳鉢で粉砕、混合した後
、Al2O3の容器に入れ、空気中にて950℃で12
時間焼成した。その後、再びメノウ乳鉢で粉砕し、ペレ
ット状に成形し、空気中にて1025℃で24時間焼成
した後、液体窒素中で約り000℃/秒の速度で急冷し
た。
得られた超電導体は、室温および液体窒素温度(77K
)でホール効果を測定したところ、キャリヤは電子であ
った。また、電子線マイクロアナライザによって組成を
分析したところ、La19S rl、I Cu2O3,
4Fo、6であった。さらに、四端子法によって電気抵
抗を測定したところ、29にで抵抗が零になった。また
、交流帯磁率測定法によって粉末試料について超電導体
積率を測定したところ、4.2にで約32%であった。
)でホール効果を測定したところ、キャリヤは電子であ
った。また、電子線マイクロアナライザによって組成を
分析したところ、La19S rl、I Cu2O3,
4Fo、6であった。さらに、四端子法によって電気抵
抗を測定したところ、29にで抵抗が零になった。また
、交流帯磁率測定法によって粉末試料について超電導体
積率を測定したところ、4.2にで約32%であった。
さらに、4.2に、零磁場下での臨界電流密度を測定し
たところ、約930A/cm2であり、0.1T(テス
ラー)の磁場中でも790A/cm2と、外部磁場によ
る臨界電流密度の低下は小さかった。
たところ、約930A/cm2であり、0.1T(テス
ラー)の磁場中でも790A/cm2と、外部磁場によ
る臨界電流密度の低下は小さかった。
実施例2
Eu203、Gd2O3、EuF3、CaCO3、Cu
Oの各粉末を、Eu:Gd:Ca:Cu:Fが1.2:
0.6:1.2:2:1.1になるように計りとり、メ
ノウ乳鉢で粉砕、混合した後、Al2O3の容器に入れ
、空気中にて950℃で12時間焼成した。その後、再
びメノウ乳鉢で粉砕し、ペレット状に成形し、空気中に
て1050℃で48時間焼成した後、液体窒素中にて約
り000℃/秒の速度で急冷した。
Oの各粉末を、Eu:Gd:Ca:Cu:Fが1.2:
0.6:1.2:2:1.1になるように計りとり、メ
ノウ乳鉢で粉砕、混合した後、Al2O3の容器に入れ
、空気中にて950℃で12時間焼成した。その後、再
びメノウ乳鉢で粉砕し、ペレット状に成形し、空気中に
て1050℃で48時間焼成した後、液体窒素中にて約
り000℃/秒の速度で急冷した。
得られた超電導体は、キャリヤが電子であり、組成は、
Eul、2 Gdn6Ca1.2 Cu2O3,2F’
o、sであった。また、零抵抗超電導転移温度は26に
であり、超電導体積率は4.2にで約24%であった。
Eul、2 Gdn6Ca1.2 Cu2O3,2F’
o、sであった。また、零抵抗超電導転移温度は26に
であり、超電導体積率は4.2にで約24%であった。
さらに、4.2に、零磁場下での臨界電流密度は約70
0A/cm20.ITの磁場中での臨界電流密度は約5
50 A / (m2であった。
0A/cm20.ITの磁場中での臨界電流密度は約5
50 A / (m2であった。
実施例3
La203、Nd2O3、LaF3、Sm2O3、Sr
CO3、CaCO3、cuoの各粉末を、La:Nd:
Sm:Sr:Ca:Cu:Fが1、O:0.7:0.a
go、8:0.2:2:0.6になるように計りとり、
メノウ乳鉢で粉砕、混合した後、Al2O3の容器に入
れ、空気中にて950℃で12時間焼成した。その後、
再びメノウ乳鉢で粉砕し、ペレット状に成形し、窒素中
にて1000℃で16時間焼成した後、液体窒素中にて
約1000°C/秒の速度で急冷した。
CO3、CaCO3、cuoの各粉末を、La:Nd:
Sm:Sr:Ca:Cu:Fが1、O:0.7:0.a
go、8:0.2:2:0.6になるように計りとり、
メノウ乳鉢で粉砕、混合した後、Al2O3の容器に入
れ、空気中にて950℃で12時間焼成した。その後、
再びメノウ乳鉢で粉砕し、ペレット状に成形し、窒素中
にて1000℃で16時間焼成した後、液体窒素中にて
約1000°C/秒の速度で急冷した。
得られた超電導体は、キャリヤが電子であり、組成は、
L a 1.ONdn、73mo3S r o、5Ca
02Cu2055F05であった0また1零抵抗超電導
転移温度は25にで、超電導体積率は4.2にで約20
%であった。さらに、4.2K。
L a 1.ONdn、73mo3S r o、5Ca
02Cu2055F05であった0また1零抵抗超電導
転移温度は25にで、超電導体積率は4.2にで約20
%であった。さらに、4.2K。
零磁場下での臨界電流密度は約600A/cm20.1
Tの磁場中での臨界電流密度は約500A/cm2であ
った。
Tの磁場中での臨界電流密度は約500A/cm2であ
った。
(発明の効果)
この発明の超電導体は、一般式、
α7βe Cu2O,Fs
ただし、
a : La、Nd、Sm、EuおよびGdから選ばれ
た少なくとも1種の元素 β:SrおよびCaから選ばれた少なくとも1種の元素 1.8<η<2.1 0.9〈θ〈2.2 5.0〈γ<6.3 0.1<δ<1.2 で表されるもので、実施例にも示したように、電荷担体
が電子であり、零抵抗超電導転移温度が高く、しかも、
磁場中臨界電流密度が高い。
た少なくとも1種の元素 β:SrおよびCaから選ばれた少なくとも1種の元素 1.8<η<2.1 0.9〈θ〈2.2 5.0〈γ<6.3 0.1<δ<1.2 で表されるもので、実施例にも示したように、電荷担体
が電子であり、零抵抗超電導転移温度が高く、しかも、
磁場中臨界電流密度が高い。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 下記一般式で表される超電導体。 α_ηβ_θCu_2O_γF_δ ただし、 α:La、Nd、Sm、EuおよびGdから選ばれた少
なくとも1種の元素 β:SrおよびCaから選ばれた少なくとも1種の元素 1.8<η<2.1 0.9<θ<2.2 5.0<γ<6.3 0.1<δ<1.2
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1250222A JP2817259B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 超電導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1250222A JP2817259B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 超電導体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03112813A true JPH03112813A (ja) | 1991-05-14 |
| JP2817259B2 JP2817259B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=17204653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1250222A Expired - Fee Related JP2817259B2 (ja) | 1989-09-26 | 1989-09-26 | 超電導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2817259B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013095648A (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 酸化物超伝導薄膜 |
| KR20160140068A (ko) * | 2015-05-29 | 2016-12-07 | 현대자동차주식회사 | 프라이머 시스템 및 이를 적용한 도포 장치 |
-
1989
- 1989-09-26 JP JP1250222A patent/JP2817259B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013095648A (ja) * | 2011-11-02 | 2013-05-20 | Institute Of National Colleges Of Technology Japan | 酸化物超伝導薄膜 |
| KR20160140068A (ko) * | 2015-05-29 | 2016-12-07 | 현대자동차주식회사 | 프라이머 시스템 및 이를 적용한 도포 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2817259B2 (ja) | 1998-10-30 |
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| Date | Code | Title | Description |
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