MgB_2多結晶体の常伝導状態における電流制限機構－パーコレーションモデルによる電気的結合度の解析－

摘要

金属系超伝導体で最も高い臨界温度（T_c～40 K）を持つMgB_2は，15－20 K付近での実用化が可能であること，加工性，原料·製造コストに優れることから，積極的に実用化研究がなされている．2006年にはMgB_2コイルを用いた初の20 KにおけるMRI動作が報告されたが，幅広い分野への応用には臨界電流密度J_cのより一層の改善が課題である．これまでになされた研究から，バルク·線材では炭素を含む化合物のドープや低温生成が，薄膜では炭素，酸素などの固溶により電子散乱中心を導入することが有効なことが分かってきており，主に高磁界下において顕著なJ_c特性の改善が得られている．一方で，低磁界下におけるMgB_2バルク·線材試料のJ_cはNb_3Sn，NbTiなどの他の実用金属系超伝導体と比較するとほぼ一桁低く，5 Kにおいて1×10~6－2×10~6A／cm~2，20 Kにおいて～5×10~5 A／cm~2程度である．銅酸化物高温超伝導体においてはいわゆる弱結合の影響により傾角粒界を流れる輸送電流は大きく制限されるが，MgB_2においては金属的な超伝導性に由来して弱結合の影響は無いとされ，無配向多結晶試料においても巨視的な臨界電流が観測される．また，凝縮エネルギーから予想される要素的ピンニングカは比較的強くNb_3Snと同等と見積もられている．これらのことは，MgB_2多結晶体のJ_cが抑制されている原因として，高い電気抵抗率から示唆される低い電気的結合度（コネクティビティ）の問題を浮上させている．