JPH03500831A - ウイーク・リンク超伝導体ループデバイス - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ウィーク・リンク超伝導体ループデバイス本発明はウィーク・リンク（シｅａｋ −１ｉｎｋ　）特性を有する超伝導体ループデバイス及びこのループデバイスの 製造方法に関する。

既に提案されているウィーク・リンク超伝導体ループデバイスは、内部に離散的 ウィーク・リンクを有する超伝導材料のループから形成されている。従来これは 、点接触、圧縮、若しくは絶縁物接合の態様でウィーク・リンクを提供するよう に提案されており、またこれらのループは超電流及び磁束特性を良好に示した。

しかし、点接触ウィーク・リンクは、ループの望ましい特性を得ると共に維持す る為に機械的に調整しなければならず、他方、圧縮及び絶縁物接合ウィーク・リ ンクは比較的複雑な成形技術を必要とすると共に、製造費用も高価となる。

Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の高温セラミック金属酸化物超伝導体材料が、ｒＰｈｙｓ ｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　ｖｏｌｕｍｅ　５８Ｊ　９０８− ９１１頁で提案されている。

本発明によれば、実質的に非超伝導性の母体で形成されたボディからなる超伝導 体ループデバイスが提供され、これは、ウィーク・リンク超伝導ループの固有の 特性をボディに付与するように、超伝導材料の領域を内部に分散して具備する。

本発明は、既提案ループにおいて必要とされるような離散的ウィーク・リンクを 別個に提供する必要なく、母体は非超伝導性で、磁束がループを通過するように なっており、ループが成形される材料が、超伝導ウィーク・リンクループの特性 をループに付与する固有の性質を有するという利点がある。

望ましくは、上記ループはセラミック材料から成形されるが、他の態様として、 エポキシ樹脂母体中のＰｂＳＮｂ若しくはＴｉ等のような、非超伝導体母体内の 分散超伝導体も使用可能である。

上記母体が、高周波におけるデバイスの使用が可能となるように、低い伝導性を 有することが特に望ましい。母体の伝導性の範囲は１ｍΩ・ｃｍから１０８Ω・ ｃｍであろう。

「超伝導性」、「超伝導」、「非超伝導」及び「低伝導性」の基準は、デバイス の意図する使用温度における特性に関連する。

本発明は容易に再製造可能なウィーク・リンクループを提供する。更に、セラミ ック材料の使用は、ループを通常の粉末技術を用いて製造することを可能とし、 従って経済的に製造できると共に、比較的高い超伝導遷移温度を有する材料を利 用できるループを提供する。

本発明においてセラミック材料が使用される時、これはバルク非超伝導相内に分 散された超伝導相の小領域を含むことができ、超伝導領域は弱く組合っている。

しかし、超伝導相が材料の主部分として存在することも可能で、またこれが望ま しい場合もある。従って、超伝導相及び実質的非超伝導相はいかなる相互比率で 存在することも可能である。

望ましくは、上記セラミック材料はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系からなるが、上述の組 成相要件を満たすことを条件として、例えば、Ｌａ−Ｂａ−Ｃｕ−０系若しくは Ｌａ−３ｒ−Ｃｕ−０系のようなＬａ若しくはＳｃ基セラミック金属酸化物超伝 導体、或いは、希土類−バリウム／ストロンチウム−Ｃｕ−Ｏ系からの他の適当 なセラミック材料等の、高超伝導遷移温度を有する他のセラミック若しくは材料 も使用可能である。

特に望ましい材料は（Ｙｌ−Ｘ　Ｂｘ　）　２　Ｃｕ　０４−ａ　（ここでｄい た。しかし、今やこれは材料のより大きな部分を占めることが確認されている。

化学的組成、微細構造、セラミック材料相の分散及び性質を変化させることによ り、上記材料から形成されるループのウィーク・リンク特性を変化させることが 可能である。上記材料の相組成は、機械的グラインド、化学的デポジション、ベ ーパ移送、温度、雰囲気、圧力、焼結等のプロセスのパラメータにより変化させ ることができる。゛上記超伝導性材料は上記ボディのいかなる比率で存在するこ とも可能である。

上記超伝導ループデバイスは、上記のような非超伝導母体内に分散セラミック超 伝導相を含む多相材料から形成可能であり、また非超伝導母体は離性（ｓｅｐａ ｒａｔｅ）セラミック材料若しくはポリマー樹脂からなることができる。これは またバインダを使用しない、粒状多相材料の凝集ボディを形成することができる 。しかしボディの耐用寿命はバインダ若しくは外部ケーシングを使用することに より改良可能である。代わりに上記材料は、非超伝導母体、特に（例えば約１０ 重量％の量の）ポリマー樹脂バインダ内に結合された、粒状セラミック超伝導体 （例えばＹＢ　ａ２　Ｃｕ３０７−ａ　）の形態とすることができる。

上記タイプの材料は、材料のバルク内に超伝導ウィーク・リンクループ特性を有 するループを形成できる。従って、上記ボディはループ若しくは他のいかなる非 ループの形状にも形成可能である。ウィーク・リンクループ挙動を示すこの材料 の固有の特性は、この材料を高周波若しくは直流５ＱＵＩＤ（超伝導量子干渉計 ）に使用可能とする。

超伝導及び非超伝導相の両者を有する粒子からなる粒状多相材料が使用される一 方、粒子間の接触度により影響される所望の超伝導特性を得る為、少なくとも７ ０％の圧縮度が必要となるであろう。

粒状材料の超伝導特性は超伝導材料の粒子の接触表面により影響を受ける。超伝 導特性の改良は粒子の接触表面を改良することにより効果が得られる。

ループデバイスはまた厚膜フィルム技術により製造できる。

従って、本発明の別の見地において、基板上に適当な材料を堆積させ、堆積材料 を上記構造及び特性を有する材料のループを限定するように加工する工程を含む 、ウィーク・リンク超伝導ループデバイスを製造する方法が提供される。

本発明に従って形成されたループのウィーク・リンク特性は、例えば、ループを 加工すること、均−磁界内へループを配置すること、ループ中に電流を通過させ ること、ループ周囲へコイルを提供すると共に上記コイル周りに電流を通過させ ること、ループに電気化学的プロセスを施すこと、及びループを局部的若しくは 全体的に加熱／冷却すること、等の他の技術により調整可能である。、 本発明に係るループのウィーク・リンク特性により、超伝導量子干渉計（ＳＱＵ ＩＤ）のような、機能として磁界の変化の検知に依存するデバイス内に上記ルー プを組込むことが可能となる。

上記ループの超伝導特性は超伝導材料の密度及び微細構造により影響を受ける。

これは他方、粒子寸法、バインダの使用量、焼結程度等により影響を受ける。ル ープ若しくはボディを形成するのに粉末技術が使用されると、密度はまた焼結前 若しくは焼結中に材料を圧縮するのに使用される上記圧力により影響を受ける。

以下本発明の実施例が下記の例において記述される。

例１ ループは、外径１０　ｍ　ｍ　ｓ内径５ｍｍ、厚さ３ｍｍの寸法の円形リングか らなる。上記リングはＹｌ、２　Ｂｏ、８　Ｃｕ　０４−ａ（ここでｄは任意） からなり、これは５．４４９５ｇのＹ２Ｏ３，１３，３５１２ｇのＢａＣ０，及 び３．１９９５ｇのＣｕＯ（全てアナラーラボラトリー　リエイジエント）がボ ールミル型のミキサ内で３分間混合されることにより作成される。この混合物は 金属素子の正確な比率を提供する。上記粉体混合物は、空気雰囲気で４５分間、 ９５０℃の炉内のアルミナ製るつぼ内で加熱され、加熱開始２０分後撹拌される 。上記材料は炉から出され、きね及び臼により砕かれ、細粉の密度を有する粉末 が形成される。砕かれた材料は更に４０分間上記炉内で加熱され、加熱開始２０ 分後撹拌される。上記材料は炉から出され、冷却後、上記材料の１．５ｇが油圧 機を用いて約９０００　ｌ　ｂでリングに圧縮成形される。リングは、ＡＩ製る つぼ内において空気雰囲気で１６時間、９５０℃で焼結される。

第１図及び第２図は上記と類似の材料のＸ線回折スペクトルを示す。図示の如く 、Ｘ線分析は幾つかの相の存在を示している。第２図は第１図のスペクトルの一 部の拡大図である。

第２図において、領域Ａは超伝導相の存在による。上記材料で形成されたループ は、ループ内の磁束が、磁束量子の離散量が、φ。＝　ｈ　／　２　ｅに定量さ れる。これは通常の超伝導磁束変換装置及び通常の高周波５ＱＵＩＤ（エスエイ チェーコーポレイション　リミッテッド）を使用することにより測る。これは１ ｍＡのループの周りの限界電流に対応する。これらの測定は４．２Ｋにおいて観 察され、他の超伝導挙動が類似のサンプルにおいて９０にで観察される。。

高周波５ＱＵＩＤとして使用された時、特性５ＱＵＩＤ挙動が４．２によりもか なり上の温度において観察される。

例２ 非ループ形状でウィーク・リンクボディ挙動を示すボディが次のように形成され る。

１ｍｍ立方体の圧縮多相セラミック材料（この例においてＹ　１．２　Ｂ　（１ ，Ｂ　Ｃｕ　Ｏ４−＋　）が、長さ６ｍｍ、直径３ｍｍに亘って、１０回転巻か れたコイルの内側に配置される。上記コイルは３５０ｐＦコンデンサーと並列に 接続され、単純な高周波５ＱＵＩＤ挙動を液体窒素温度において示す。上記構成 は、適当な電子機器（例えばｒＮａｔｕｒｅ、　３２８．　Ｐ、４７．１９７８ 　Ｊに開示されるような）が、１ｎＴのオーダーの周囲磁界の変化を検知するの に使用することができる。上記のような装置の性能は、周囲磁界に影響するいか なる対象物の位置の為の、非常に感度の高い磁気メータとして使用できるような 程度に調整可能である。

例３ 超伝導ループは下記の厚膜フィルム技術により形成可能となる。

■１組成がＹｌ、２　Ｂ’０．８　Ｃｕ　０４−ａのセラミック多相材料が上記 例１で記述されるように形成され、約１０−３０μｍの粒子寸法に微細粉末化さ れる。この材料はポリビニルアルコールのような有機バインダと十分に混合され る。

２、上記粉末セラミック及びバインダは、上記セラミック及びバインダの薄い混 合物中に浸漬することにより、ジルコニア製の１ｍｍの円筒状ロッドの表面を被 覆するように配置される。上記被覆の厚さは、焼成後、１０−１００μｍの被覆 を付与するように選択される。

３、上記混合物はＰＶＡの部分蒸発が可能となるように乾燥される。

４、上記被覆されたロッドは空気若しくは酸素雰囲気において、９５０℃で１２ 時間焼成される。

５、上記焼成されたロッドは空気若しくは酸素雰囲気において約１２時間に亘っ てゆっくりと冷却される。

６、上記ロッドは次に３５０−４５０℃まで加熱され、酸素雰囲気においてこの 温度を６時間維持され、次に冷却される。

７、上記被覆された円筒は厚さ１ｍｍのディスクに切断され、固有のウィーク・ リンク超伝導特性を有する材料のループが提供される。

胤迭 開始材料として、Ｙ　Ｂ　ａ　２　Ｃｕ　３０ｔ−ｙが使用されて例３が繰返さ れる。上記材料は超伝導体である。しかし、例３の工程４から６の処理後の最終 厚膜フィルムは複数の相を含み、所望のウィーク・リンク特性を提供する。

どＴ　踵度 国際調査報告 Ｉ＃Ｉ−＃−・−＾ｓ崗ｍ１ｍ＋ｌＩｎ、ｐｃ’ｒ７ｃＢ８８１０Ｏｋ７５

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．ウイーク・リンク超伝導ループの固有の特性をボディに付与するように、内 部に分散された超伝導材料領域を有する、実質的に非超伝導性の母体から形成さ れたボディを具備することを特徴とする超伝導体ループデバイス。
2. ２．上記超伝導材料がセラミック超伝導体である請求項１記載のデバイス。
3. ３．上記実質的に非超伝導性の母体がセラミック材料である請求項１若しくは２ 記載のデバイス。
4. ４．上記母体を提供する非超伝導相と、上記超伝導材料領域を提供する分散超伝 導相と、を具備する多相材料から形成された請求項１記載のデバイス。
5. ５．上記多相材料がセラミック材料である請求項４記載のデバイス。
6. ６．上記超伝導材料が、希土類−バリウム／ソトロンチウム−Ｃｕ−Ｏ系から選 択された超伝導セラミック材料である請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデ バイス。
7. ７．上記実質的に非超伝導性の母体が樹脂から提供される請求項１若しくは２記 載のデバイス。
8. ８．上記ボディが焼結ボディである請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデバ イス。
9. ９．上記ボディが焼結されず、圧縮された粒子からなる請求項１乃至６のいずれ か１項に記載のデバイス。
10. １０．上記ボディが基板上における厚膜フィルム技術により形成される請求項１ 乃至６のいずれか１項に記載のデバイス。
11. １１．上記母体が低伝導性を有する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のデ バイス。
12. １２．請求項１記載の超伝導体ループデバイスを製造する為の方法であって、非 超伝導相及び分散超伝導相を有する材料の粒子からボディを形成する工程を具備 する方法。
13. １３．上記ボディが圧縮成形される請求項１２記載の方法。
14. １４．上記ボディが圧縮及び焼結により形成される請求項１２記載の方法。
15. １５．上記ボディが基板上における厚膜フィルム技術により形成される請求項１ ２記載の方法。
16. １６．上記ボディが、上記粒子をバインダと混合し、上記混合物を上記基板上に 被覆として形成し、上記被覆された基板を焼成することを含む工程により形成さ れる請求項１５記載の方法。
17. １７．ウイーク・リンク超伝導ループの固有の特性をボディに付与するように相 互に配置された、超伝導材料領域及び実質的に非超伝導性の材料領域から形成さ れたボディからなる超伝導体ループデバイス。
18. １８．請求項１７記載の超伝導体ループデバイスを製造する為の方法であって、 バインダを伴う超伝導体からなる若しくはこれを含有する粒子を混合すると共に 、この混合物をボディを形成するように成形する工程を具備する方法。