NbTiと同等の臨界電流密度を実現するためのMgB2ワイヤーに対する炭素の微視的役割
Microscopic role of carbon on MgB2 wire for critical current density comparable to NbTi.
2012年1月18日 NPG Asia Materials 4, e4 (2012) doi:10.1038/am.2012.3
超伝導体: 炭素ドーピングの微視的影響
このたび、熊倉浩明およびShi Xue Douの研究チームによって、ニホウ化マグネシウム（MgB2）に対する炭素ドーピングの役割が微視的スケールで明らかになった。MgB2は安価なだけでなく、磁場に対しても敏感な超伝導体（特定温度未満で電気抵抗がなくなる材料）である。研究チームは今回、MgB2に有機分子を導入する（「炭素ドーピング」）ことによって、低磁場下で臨界電流密度が向上することを示したが、このような臨界電流密度向上効果は、これまで高磁場下でしか見られなかった。詳細な特性評価からは、ドーピング後、材料内のボイド数は増えるもののボイド自体のサイズは小さくなるため、結果としてMgB2の密度が高くなることが明らかになった。研究チームはまた、ホウ素の欠乏が超伝導体構造に微視的な欠陥をもたらし、特性向上につながることを示唆している。一方で、ドーピング分子が特定の配列をとることから、臨界電流密度が増加する理由も説明できる。MgB2は最近さまざまな分野で関心を集めているが、今回の研究結果は、今後のMgB2の特性向上につながるかもしれない。例えば、医療用磁気共鳴イメージングでは、現在、液体ヘリウムを使った高コスト冷却に依存するNbTi系技術が利用されているが、MgB2系磁石はこれに代わる有望な代替技術となるだろう。
Superconductors: Carbon doping under the microscope
Hiroaki Kumakura, Shi Xue Dou and co-workers have uncovered the role of carbon doping at the microscopic scale on magnesium diboride (MgB2). This inexpensive superconductor — a material with no electrical resistance below a certain temperature — is also sensitive to magnetic fields. The researchers show that incorporating an organic molecule into MgB2 (‘carbon doping’) improves its critical current density under low magnetic field — an effect previously known only for high fields. Detailed characterizations revealed that the number of voids within the material increased, yet their size decreased, so that MgB2 was denser after doping. The team suggests that a boron deficiency causes microscopic defects within the superconductor's structure, improving its properties, while a particular arrangement of the doping molecules can explain the increased density. These findings may lead to further enhancement of the properties of MgB2, which has recently attracted interest in various fields. In medical magnetic resonance imaging, for example, MgB2-based magnets are promising alternatives to the current NbTi-based technology that relies on expensive cooling with liquid helium.
