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高温超伝導体
(Bi2Sr2CaCu2Oy)の
熱処理効果
矢萩・橋本研究室
工E１１０１７
柴崎弘隆
http://www.aomori-u.ac.jp/staff/yahagi/lab/elec.html
これまでの研究経過

空気中で熱処理を行うと電気抵抗率は低くな
り、臨界温度Tcは高くなる。

真空中で熱処理を行うと電気抵抗率は高くな
り、臨界温度Tcは低くなる。
Bi系高温超電導体における酸素の放出、吸
入はCuO2面内で起きているものと考えられる。

研究目的

銅酸化物系化合物のBi2Sr2CaCu2Oy の結
晶を育成し、それをX線回折により結晶性を
調べた後、熱処理を行うことにより結晶内の
酸素量を変え、臨界温度Tcの変化を調べた。
実験の流れ
 結晶を作成する
 結晶評価
X線回折
電気抵抗率の測定
結晶作成
Bi2O3 三酸化ビスマス
SrCO3 炭酸ストロンチウム
CaCO3 炭酸カルシウム
CuO 酸化銅

結晶を作成するために各試料の割合が
Bi２O３：SrCO３：CaCO３：CuO=1：2：1：2
となるように分量をする。

Bi２O３, SrCO３, CaCO３, CuOを上記の割合で混
合したものを電気炉に入れ加熱する。
熱電対
タンマン管（坩堝）
ホルダー
温度制御ユニットE Typeプログラム温
度調節器5ステップ 8パターン(株式会
社いすゞ製作所)
温度記録計
YOKOGAWA LR 4120
RECORDER
電気炉の温度プログラム

３時間かけて９９０℃まで上
昇させ、６時間温度を保持
し、その後、３時間かけて７
６７℃まで温度を下げ、５分
間温度を保ち、１時間かけ
て５６５℃まで下げ、その後
は自然冷却する。
結晶作成終了後、４００℃で
６時間の熱処理を６回くり
返し、合計３６時間行った。
温度プログラム
1200
1000
温度(℃)

800
600
400
200
0
0
5
10
時間(h)
15
育成した結晶
結晶評価

Ⅹ線回折
Ⅹ線回折は結晶の固体と粉末で解析した。

電気抵抗率の測定
作成した結晶にInを４ヶ所付け、電極とした。
測定は、Van der Pauw 法を用いて行った。
X線回折結果

回折角から求めた面間隔dと標準試料の面間隔ｄ
(ASTMカード)を比較した結果、数本の回折線に関し
ては、一致しなかったがその他の回折線は一致した。
また、粉末試料から得られた回折線との比較でも同
様な結果が得られた。ただしBi2Sr2CaCu2Oy相に属しな
い相も若干含まれている。更に、これらの回折線から
得られた面間隔ｄを用いて格子定数aとcを計算した。
その結果、a =5.3296Å c ＝ 30.663Åとなった。
電気抵抗率の測定原理
B
C
電流I
電圧V
A
D
厚さｔ
各々の電圧、電流値から
R1 = VCD/IAB
R2 = VDA/IBC
とすると電気抵抗率ρは
  t   R 1  R 2 
 
 
 f
2
 ln 2  

より求められる。
ここではｔは試料の厚さFはｆ値のことでR1/R2より求められ
る係数である。４つの電極が完全に対称な場合は1になる。
F値は次のような式で求められる。
 ln 2 R1  R2  
1
cosh 





f
R

R
 ln 2 
1
2 

2 exp 

 f 
電気抵抗率の測定結果
熱処理後の臨界温度Tc
Tc off-set〔K〕
Tc on-set〔K〕
育成結晶
72.4
82.2
空気中１
73.8
79.0
空気中 2
73.8
80.6
真空中
67.6
83.1
考察


X線回折の結果、一部の回折線にBi2Sr2CaCu2Oy相に属しない
相も若干含まれていた。これは結晶作成終了後に熱処理を
400℃で、36時間行ったことに関係していると考えられる。
熱処理実験では、育成結晶と真空中で熱処理した結晶の電気
抵抗率の結果はこれまでの結果と同じものとなった。しかし、真
空中で熱処理した結晶を空気中で繰り返し熱処理すると、Tcは
変化しないが電気抵抗率が大きくなることがわかった。この原因
は、Tcが変化しないことから結晶中の酸素量には変化が無いも
のと推測されるので、酸素以外の構成原子の欠陥生成によるも
のと考えられる。

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