Synthesis of YBa₂Cu₃O_7-y Powder using a Powder Reaction Method and Fabrication of the Bulk Superconductors

분말 반응법에 의한 YBa

2

3

7-y

전영주

^a,b

^a,c

^a

^a

^a,

a 한국원자력연구원 중성자과학연구부, ^b 충남대학교 나노소재공학과,

c 성균관대학교 신소재공학부

Synthesis of YBa 2 Cu 3 O 7-y Powder using a Powder Reaction Method and Fabrication of the Bulk Superconductors

Young Ju Jeon ^a,b , Seung Yeon Park ^a,c , Byung Youn You ^a , Soon-Dong Park ^a , and Chan-Joong Kim ^a,

a

b

c

(Received April 3, 2013; Accepted April 15, 2013)

···

Abstract

2

3

7-y

2

3

3

^o

^o

2

3

2

1.5

2

3

x

T c,onset

T c,onset

J c

²

J c

×

⁴

²

H

^H

Keywords:

···

1. 서 론

고온 산화물 초전도체 중 가장 널리 사용되는 물질은 희 토류 원소인 이트륨을 주 성분 중의 하나로 사용하는 Y-

계 초전도체 (YBa 2 Cu 3 O 7-y , ^이하 Y123) ^다 [1]. ^{이트륨계 초}

전도체는 초전도 온도 ( ^T c ) ^가 91 K ^{로 액체질소 온도} (77 K)

에서 사용할 수 있고 , ^{합성이 쉽고} , ^{일방향으로 성장시킬}

경우 임계전류밀도 ( ^J c ) ^가 10 ⁴ /cm ^{2 이상으로 매우 높은 장}

점이 있다 [2]. ^{고온 산화물 초전도체는 영구자석과 초전도}

체간의 마이스너 반발력을 이용한 자기부상응용 ( ^플라이휠

무접점 베어링과 자기부상 운송 ) [3] ^{이나 초전도체 안에}

자력을 넣어 초전도 영구자석을 만들어 사용하는 자석응 용 ( ^{초전도 벌크자석과 자기분리기} )[4, 5] ^{에 활용된다} .

고온 초전도체를 제조할 시 고려사항은 초전도 결정립 의 크기와 입계의 특성 , ^제 2 ^{상 초전도체에서 나타나는 플}

럭스 피닝 (Flux pinning) ^특성 , ^{초전도결정 내부에 흘릴 수}

있는 전류량 등을 들 수 있다 [6]. ^{고온 산화물 초전도체의}

단점 중의 하나는 약한 결정입계다 [7]. NbTi ^이나 MgB 2 같

*Corresponding Author : Chan-Joong Kim,

+82-42-868-8908,

+82-42-868-8275,

[email protected]

은 화합물 초전도체와 달리 고온초전도체는 초전류 흐름

에 관여하는 간섭길이 (Coherency length; ^{전자들이 쿠퍼}

(Cooper) ^{쌍을 이룰 수 있는 길이} ) ^{가 짧아서} [8] ^{결정입계가}

피닝에 관여하지 못한다 . ^{전류의 흐름선상에 결정입계나}

불순물과 같은 비초전도상이 있으면 초전류의 흐름에 심 각한 지장을 초래한다 . ^{이런 이유로 고온 초전도체의 전류}

밀도를 높이려면 초전도체를 결정입계가 없는 단결정이나 결정립들이 한 방향으로 배열된 집합조직체로 만들어야 한다 [6, 9].

초전도체는 사용목적에 따라 선 ( ^자석 , ^송전 )[10], ^박막 ( ^전자소자 , ^센서 )[11], ^벌크 ( ^자기부상 , ^이송 , ^{에너지 저장} )

[6, 12] ^{등의 다양한 형상으로 만들어 진다} . ^{고온 산화물 초}

전도 선은 물질적 , ^{화학적 박막 증착법을 이용하는 박막선}

재 공정으로 제조된다 [13]. ^{박막선재 공정은 전류밀도를}

최대화하기 위해 초전도 막이 기판의 결정방위를 따라 증 착되게 하는 공정이다 . ^{영구자석과의 마이스너 자기 부상}

력 응용분야에는 초전도 벌크체가 사용되며 , ^{이 역시 종자}

결정성장법 (Top-seeded melt growth(TSMG) process) ^{을 사}

용하여 초전도결정이 일방향으로 성장하게 해 주어야 한다

[12, 14]. ^{이 공정은 분말 성형체 위에 성장시키고자 원하는}

방위의 종자결정을 올려 놓고 성형체가 녹는 온도까지 온 도를 올린 다음 , ^{결정이 성장하는 온도구간을 통과시키면서}

온도를 서서히 내려 종자위치에서 하나의 초전도 단결정이 성장하게 하는 공정이다 . ^{열처리 변수를 제어하면 수 센티}

미터 크기의 단결정 벌크 초전도체를 제조할 수 있다 [14].

초전도 선이나 벌크체의 물리적인 성질은 제조 조건에 민 감하다 . ^{박막선재의 경우는 금속기판의 결정성과 타겟}

(Target) ^{으로 사용되는 초전도 벌크체의 특성이} , ^{초전도 자}

기부상체는 성장된 초전도 결정의 크기와 화학조성이 최종 초전도체의 물성을 결정한다 . ^{초전도체의 물성을 최적화하}

려면 원료분말의 순도와 화학조성을 잘 조절해야 한다 .

본 연구에서는 원료분말의 혼합과 반복 , ^{하소 및 분쇄}

공정으로 구성되는 분말반응합성법으로 Y123 ^{초전도 분}

말을 제조하였다 . ^{합성조건의 최적화를 목적으로 하소 온}

도를 변화하면서 초전도 상의 생성을 관찰하였다 . ^{이 분말}

을 원료로 사용하여 소결법과 종자결정성장법으로 다결정 또는 단결정형 초전도 시편을 제작하였다 . ^{소결 및 결정성}

장법으로 제조한 시편에 대해 초전도 온도 , ^{전류밀도와 자}

기 포획자력을 측정하였다 . ^{또한 초전도체의 플럭스 피닝}

특성을 향상시키고자 합성분말에 Y 2 O 3 을 첨가하여 초전 도 특성에 미치는 영향을 조사하였다 .

2. 실험방법

Y123 ^{분말합성에} 99.75% ^순도의 BaCO 3 , 99.9% ^의 Y 2 O 3

와 CuO ^{분말을 사용하였으며} , ^{실험변수는 하소 온도와 시}

간이었다 . 1 ^몰의 Y123 ^{분말을 제조하고자} 1/2 ^몰의 Y 2 O 3

(84.7 g) ^과 2 ^몰의 BaCO 3 (296.2 g) ^과 3 ^몰의 CuO ^분말 (179 g) ^{을 칭량하였다} . ^{칭량된 분말은 건식 혼합기를 사용하여}

균일한 혼합이 이루어지도록 1 ^{시간 동안 혼합하였다} . ^혼

합된 분말을 알루미나 (Al 2 O 3 ) ^{도가니에 넣어 박스형 열처}

리로의 중앙에 위치시킨 후 , ^{공기 중} 880 ^o C-930 ^o C ^{에서 하}

소하였다 . ^{분말 혼합체를} 880 ^o C ^{온도이상으로 가열하면}

식 (1) ^{에 의해 원료 산화물이 반응하여 초전도 상인} YBa 2 Cu 3 O 7-y 를 생성하고 산소와 이산화탄소가 발생한다 .

1/2Y 2 O 3 (s) + 2BaCO 3 (s) + 3CuO(s)

→ YBa 2 Cu 3 O 7-y (s) +2CO 2 (g) + xO 2 (g) (1)

여기에서 s ^와 g ^{는 각각 고체와 기체를 의미한다} . ^하소한

분말에 대해 x- ^{선 회절 검사를 하여 반응에 따른 상 생성}

을 확인하고 반응이 완전하지 않을 경우 , ^{하소한 분말을}

분쇄하고 온도를 높여 단일상의 Y123 ^{가 생성될 때까지}

여러 차례 하소하였다 . ^{하소가 완료되어 단상의 초전도상}

형성이 확인되면 분말을 분쇄하여 소결용 분말로 사용하 였다 . ^합성된 Y123 ^분말 3, 15, 30 g ^{을 정량하여 각각 직}

경 10, 20, 30 mm ^{실린더형 몰드에서 넣어 일축압축공정}

으로 가압하여 성형체를 만들었다 . ^{성형체의 밀도를 높이}

고자 성형체를 비닐로 코팅한 다음 , ^{수조에서 냉간 정수압}

으로 가압하였다 . ^{성형체는 공기 중} 900 ^o C-930 ^o C ^에서 10

시간 소결하였다 . ^{소결이 완료된 시편은 산소 열처리로에}

서 산소를 흘리면서 400 ^o C-500 ^o C ^온도에서 50 ^{시간 유지하}

였다 . ^{산소열처리는 고온에서 생성된 정방형 구조를 초전}

도 상인 사방정 구조로 바꾸어 주기 위한 과정이다 [15].

일방향 성장된 초전도 시편을 제조하고자 Y123 ^{와 결정구}

조는 같고 융융점이 높은 Sm123 ^{단결정 종자를 성형체의 상}

부면 중앙에 올려 놓고 열처리하였다 . ^{화학 조성이 서로 다}

른 두 가지 분말을 사용하였는데 , ^{하나는 하소한} Y123 ^분말

이었고 , ^{다른 하나는} Y123 ^{분말에 초전도체의 플럭스 피닝}

을 향상시킨다고 알려진 Y211 ^{을 첨가한 분말이었다} . ^후자의

경우는 Y211 ^{입자가 생성되도록} 1 ^몰의 Y123 ^분말에 0.25

몰의 Y 2 O 3 를 첨가하였고 , ^생성되는 Y211 ^{입자를 미세화하고}

자 Y211 ^{성장 억제물질인} CeO 2 [16] ^를 1 wt.% ^{첨가하였다} . Y211 ^{첨가로 제조된 시편의 최종 조성은} Y 1.5 Ba 2 Cu 3 O 7-y ( ^이

하 Y1.5) ^이다 . ^{자세한 열처리 스케쥴은 본 저자들의 이전의}

논문 [14] ^{에 자세히 기술되어 있다} . ^{결정성장 공정으로 만든}

시편에 대해 산소주입을 위해 관상로에서 산소를 흘리면서

450 ^o C-500 ^o C ^온도에서 120 ^{시간 동안 열처리하였다} .

하소와 용융 열처리 공정에서 생성된 상들을 확인하고 자 분말로 만든 시료에 대해 구리 타겟을 사용한 X- ^{선 회}

절 검사를 하였다 . ^{미세조직은 미세 연마된 단면에 대해}

광학 현미경을 사용하여 관찰하였다 . 77 K ^{로 냉각한 시편}

에 대해 영구자석을 사용해서 마이스너 효과를 확인하였 다 . ^T c 와 J c 의 측정을 위해 SQUID magnetometer ^{를 사용하}

여 온도에 따른 자화율과 77 K ^{에서의 자화율} - ^자장 ( ^M-H )

곡선을 측정하였다 . ^T c 는 자화율이 마이너스가 되는 온도 를 기준으로 , ^J c 는 M-H곡선에 대해 Bean ^모델 [17] ^{을 적용}

하여 구하였다 . ^{초전도체의 자기부상력과 포획자력은} Nd- B-Fe ^영구자석 ( ^직경 30 mm, ^표면자력 3.45 kG) ^{을 사용하}

여 자력냉각법이나 무자력 냉각법으로 77 K ^{까지 냉각한}

시편에 대해 측정하였다 .

3. 결과 및 고찰

그림 1 ^{은 하소한 분말의 하소 온도와 횟수에 따른 따른} X- ^{선 회절패턴이다} . ^{각 온도에 대한} Y123 ^{상의 생성은} 2 ^θ =32 ^{o 부근에서 관찰되는} Y123 ^{상의 주 회절선과} 24 ^{o 부}

근에서 관찰되는 BaCO 3 회절상의 변화로 잘 알 수가 있

다 . ^{하소 횟수가 증가하면} 24 ^{o 부근의} BaCO 3 주 회절선의 강도는 비례적으로 감소하고 , 32 ^{o 부근의} Y123 ^{상의 회절}

선의 강도는 증가한다 . ^{하소 온도를} 880 ^o C ^에서 910 ^o C ^와 930 ^o C ^{로 단계적으로 올릴 경우} Y123 ^{상 생성이 촉진됨을}

알 수 있다 . 930 ^o C ^{에서 일정시간 열처리 후 단상의} Y123

분말을 얻을 수 있었다 . ^{이 결과는 고전적인 분말 반응법}

으로 단상의 Y123 ^{분말을 합성할 시 하소 시간} ( ^횟수 ) ^보다

는 하소 온도가 중요함을 의미한다 . ^{특히 낮은 하소 온도}

에서는 원료분말 중 BaCO 3 의 분해가 미진하였다 . ^합성한

초전도 분말 중에 BaCO 3 잔류하면 탄소원자들이 초전도

결정입계에 위치할 가능성이 높아지고 이로 인해 초전도 특성이 떨어질 수 있다 .

그림 2 ^{는 하소한 분말을 사용하여 공기 중} 930 ^o C ^에서

10 ^{시간 소결한 다음} , ^{산소분위기} 450 ^o C ^에서 40 ^{시간 열처}

리한 시편의 단면 사진이다 . ^{초전도 소결체의 단면 조직에}

서는 불규칙하게 성장한 판상의 초전도 결정과 그 주변에 위치한 기공들이 관찰된다 . ^{초전도 결정은 크기가 수 십}

µ m ^{크기이며 결정방위 중의} c ^{축이 얇은 형태이다} . ^이는

결정성장시 a-b ^축과 c ^{축으로의 성장속도에 차이가 많기}

때문이다 . ^{초전도 결정을 자세히 관찰하면} , ^{결정내부에는}

두 방향으로 발달된 많은 선들이 관찰되는데 , ^{이 선들은}

정방정 - ^{사방정 상전이에 의해 발달하는 쌍정} (Twins) ^이다

[18]. ^더불어 , ^{결정내부의 일부에서 상전이 응력에 의한 미}

세균열이 관찰되며 Y123 ^{초전도 결정 이외에 결정입계에}

작은 크기의 액상 (Ba-Cu-O) ^{들이 가끔 관찰된다} ( ^그림 2 ^에

서 화살표로 표기 ). ^{이들 액상은 소결 시 초전도 결정의}

성장을 촉진하는 역할을 하였을 것으로 추정된다 .

그림 3 ^{은 종자결정성장법으로 제조한} (a) Y123 ^와 (b)

Y1.5 ^{시편의 상부 표면사진이다} . ^{그림에서 보는 바와 같이}

상부표면의 중앙에 위치한 Sm123 ^{종자에서 결정들이 성}

장되어 있다 . Y123 ^{성장의 특징인} 4 ^{개의 대각선 선들이}

Fig. 1. XRD patterns as a function of a reaction temperature of the powders prepared using a powder reaction method.

Fig. 2. Optical polarized micrograph of Y123 sintered at 930 ^o C for 10 h in air and oxygenated at 450 ^o C for 40 h in flowing oxygen. Pores and liquid phase are denoted as “P”

and arrows, respectively.

Fig. 3. Top surface views of top-seeded melt growth processed:

(a) Y123 and (b) Y1.5 using a Sm123 seed.

대칭적으로 발달되어 있고 선들은 성형체의 끝까지 연결되 어 있다 . ^{이는 종자에서 시작된 결정성장이 시편 외곽까지}

연속적으로 이루어졌음을 의미한다 . ^{이트륨이 적은 조성인}

Y123 ^{시편의 경우는 종자를 중심으로 상부표면이 약간 내려}

앉아 있지만 ( ^그림 3(a)) ^{이트륨이 많은 조성인} Y1.5 ^시편은

상부표면이 평평하다 ( ^그림 3(b)). ^{이는 이트륨이 많을 경우}

초전도 결정내부에 분산된 Y211 ^{고상입자가 상대적으로 많}

아져서 성형체의 골격을 견고하게 만들기 때문이다 .

그림 4(a) ^와 4(b) ^{는 종자결정성장법으로 제조한} Y123 ^와

Y1.5 ^{시편의 단면 미세조직 사진이다} . ^{판상형 다결정으로}

구성된 Y123 ^{소결시편과는 달리 종자결정성장법으로 제}

조한 시편은 전체가 커다란 하나의 결정체로 되어 있다 . Y123 ^와 Y1.5 ^{시편에서 초전도 결정은 식} (2) ^{또는 식} (3)

의 포정반응에 의해 성장한다 .

Y 2 BaCuO 5 ( ^s ) + Ba 3 Cu 5 O 8 ( ^l ) + xO 2 ( ^g )

→ 2YBa 2 Cu 3 O 7-y ( ^s ) (2)

Y 2 BaCuO 5 ( ^s ) + Ba 3 Cu 5 O 8 ( ^l ) + 0.25Y 2 O 3 ( ^s ) + aCeO 2 ( ^s ) + xO 2 ( ^g ) ^→ 2YBa 2 Cu 3 O 7-y ( ^s ) + 0.5Y 2 BaCuO 5 ( ^p ) + aBaCeO 3 ( ^p ) + bBaCuO 2 ( ^s )+ cCuO( ^s ) (3)

여기에서 s, l, g과 p는 각각 고체 , ^액체 , ^{기체와 입자를}

의미한다 . ^{종자에서 성장한} Y123 ^{단결정 내부에는 포정반}

응 시에 완전히 분해되지 못하고 Y123 ^{결정 내부에 포획}

된 Y211 ^{입자들이 관찰된다} . Y211 ^{입자크기는 수십 µ} m

이고 모양은 매우 불균일하다 . ^{불균일한 입자모양은 이들}

입자가 결정에 포획되기 전에 식 (2) ^{의 포정반응에 의해}

액상에서 용해되었음을 의미한다 . ^{이트륨이 많은 조성인}

Y1.5 ^{시편에서도} Y123 ^{시편과 동일하게 커다란 결정이}

자랐다 . Y123 ^{시편과 구별되는 점은} Y1.5 ^{시편 내에는 상}

대적으로 많은 Y211 ^{입자들이 포획되어 있다는 점이다} .

이 입자들은 그 크기가 Y123 ^{결정에 포획된 입자보다 상}

대적으로 작다 . ^{입자가 많은 이유는 이트륨이 많은 조성에}

서는 식 (3) ^{에 의해 부가적인} Y211 ^{입자들이 만들어지기}

때문이다 . ^또한 CeO 2 의 Y211 ^{입자성장 억제 효과} [16] ^에

의해 Y211 ^{입자크기가 미세하다} ( ^그림 4(b)). ^미세한 Y211

입자들은 외부자기장을 잡아주는 플럭스 피닝 역할을 한

다고 알려져 있다 [19].

본 연구에서 제조한 3 ^{가지 초전도체} ( ^다결정 Y123 ^소결

체 , ^단결정 Y123 ^벌크와 Y211 ^{첨가된 단결정} Y1.5 ^벌크

체 ) ^{에 대해서 산소열처리 후 각 시편의 초전도 특성을 조}

사하였다 . ^{각 초전도체를 액체질소로 냉각시킨 다음에 영}

구자석을 이용해서 마이스너 반자장 효과를 조사한 결과 ,

모든 시편들이 영구자석위에서 부상하는 반자장 특성을 보였다 . ^{자석 위에서 부상하는 높이를 통해 시편내부에 생}

성된 초전도상의 품질을 정량적으로 이해할 수 있는데 , ^종

자결정성장법으로 제조한 시편들이 소결시편보다 자기부 상 높이가 상대적으로 높았다 . ^더불어 , ^{종자결정성장법으}

로 제조한 Y123 ^와 Y1.5 ^{시편에서는 강력한 자기 플럭스}

를 속박에 의한 매달림 현상이 관찰되었다 ( ^그림 5 ^참조 ).

Fig. 4. Optical micrograph of top-seeded melt growth processed:

(a) Y123 and (b) Y1.5 using a Sm123 seed showing the size and density variation of Y211 particles.

Fig. 5. Suspension of the Y1.5 superconductor below a Nd-B-

Fe permanent magnet due to strong flux pinning.

이러한 매달림 현상은 전류밀도가 높은 초전도체 내부에 외부자장이 포획되기 때문이다 .

그림 6 ^{은 소결체} Y123 ^{와 단결정} Y1.5 ^{시편에 대해 측}

정한 온도에 따른 자화율곡선이다 . ^{자화율 곡선에서 측정}

값이 마이너스가 되는 부분이 초전도 현상이 시작되는 초 전도 전이온도 , ^T c 다 . ^{측정결과에서 알 수 있듯이} , ^{두 시편}

의 초전도 시작온도는 ( ^T c, onset ) ^{은 각각} 91 K ^와 90.5 K ^{로 매}

우 높다 . ^{하지만 소결체와 단결정 시편의 초전도 전이폭은}

각각 11 K ^와 3.5 K ^{로 단결정} Y1.5 ^{의 전위폭이 상대적으}

로 작다 . ^{소결체의 전이폭이 넓은 이유는 소결체 내부에}

생성된 상이 불균질하거나 초전도 상 내부에 포함되는 산

소함량이 동일하지 않기 때문이다 . ^단결정 Y1.5 ^{시편의 전}

이폭이 작은 이유는 시편 내부에서 생성된 초전도상이 균 질하고 결정내부에 Y123/Y211 ^{계면이나 결정 결함과 같}

이 초전도 온도를 결정하는 산소원자의 확산 이동 통로 [6]

가 많기 때문이다 .

그림 7 ^{은 동일한 시편에 대해 인가자장} (H//C) ^{에 따른 자}

화율 곡선을 측정해서 얻어진 값을 Bean ^모델 [17] ^{을 사용}

하여 측정한 액체질소온도 (77 K) ^{에서 임계전류밀도} ( ^J c ) ^값

이다 . ^소결체 Y123 ^{와 단결정} Y1.5 ^{의 J} c 는 자장이 인가되 지 않은 0 T ^{에서 각각} 700 A/cm ^{2 와} 3.2 ^× 10 ⁴ A/cm ^{2 로 두}

값의 차이가 매우 크다 . ^{이는 소결체는 결정립이 매우 작}

아 결정내부에서 흐르는 전류량이 매우 작기 때문이다 . ^반

면에 종자결정성장법으로 제조된 단결정은 결정크기가 크 고 , ^그림 4 ^{에서 관찰한 바와 같이} , ^{초전도 결정 내부에 외}

부자기장을 속박하는 미세한 Y211 ^{입자들이 다량 포함되}

어 있기 때문에 J _c 가 상대적으로 크다 .

그림 8 ^{은 자력냉각법으로 액체질소 온도로 냉각한 단결}

정 Y123 ^와 Y1.5 ^{시편의 자기밀도곡선이다} . ^{소결체나 단결}

정 Y123 ^{시편에 대해서도 같은 실험을 수행한 결과} , ^소결

체 Y123 ^{시편에 포획된 자력은 무시할 정도로 작았다} . ^단

결정은 Y123 ^{시편의 자기분포곡선에는 여러 개의 피크들}

이 나타나는데 ( ^그림 8(a)), ^{이는 단결정 내부의 초전도 특}

성이 균질하지 못하기 때문이다 . ^{최대 포획자력은 인가자}

장 (3.45 kG) ^의 15% ^인 0.53 kG ^이다 . ^반면 , ^단결정 Y1.5 ^시

편의 자기포획분포곡선은 중앙에 하나의 최대 피크가 있

Fig. 6. Magnetic moment-temperature curves of a sintered Y123 and TSMG-processed Y1.5.

Fig. 7. Critical current density-magnetic field ( ^{J c -B} ) curves at 77 K of a sintered Y123 and TSMG-processed Y1.5.

Fig. 8. Trapped magnetic field ( ^H ) contours of TSMG-processed:

(a) Y123 and (a) Y1.5 field-cooled at 77 K.

는 대칭적인 동심원을 이루고 있다 . ^{이는 이 시편의 초전}

도성이 균질하고 외부자기장이 통과할 수 있는 균열이나 비초전도 영역이 매우 적음을 의미한다 . ^{최대 포획자력은}

인가자장의 71% ^인 2.45 kG ^이다 . ^단결정 Y1.5 ^{조성시편이}

자기부상력과 포획자력이 높은 이유는 포정공정 시 단결

정 성장을 촉진하는 이트륨이 Y123 ^{조성에 비해 상대적}

으로 많아서 결정이 양질의 단결정으로 잘 성장했기 때문 이다 ( ^표 1 ^{에 시편의 조성} , ^{제조조건과 물리적 특성을 요약}

하였다 ).

4. 결 론

자기부상응용에 널리 사용되는 Y123 ^{벌크 초전도체의}

원료분말을 고상반응법으로 제조하였다 . ^{하소 온도와 시}

간을 변화시킨 결과 , Y123 ^{상 생성은 하소 시간보다는 하}

소 온도에 민감했다 . ^{합성분말을 원료로 사용하여 다결정} Y123, ^단결정 Y123 ^{와 단결정} Y1.5 ^{시편을 소결법과 종자}

결정성장법으로 제조하여 그 특성을 비교하였다 . ^소결체

Y123 ^{시편에는 판상형의 초전도 결정들이 무방위로 발달}

한 반면 , ^{종자결정성장법으로 제조한} Y123 ^와 Y1.5 ^시편에

는 커다란 초전도 단결정이 종자위치에서 성장했다 . ^이트

륨이 많은 조성인 Y1.5 ^{조성에서 단결정 성장이 잘 이루}

어졌으며 , ^{결정내부에는 미세한} Y211 ^{입자들이 많이 분산}

되어 있었다 . Y123 ^{소결체나 단결정} Y123 ^{시편은 초전도 전}

이폭이 매우 큰 반면 , ^단결정 Y1.5 ^{시편의 초전도 온도는}

90.5 K ^이었고 , ^전이폭은 3.5 K ^{로 상대적으로 작았다} . 77 K, 0 T ^{에서 측정한 단결정} Y1.5 ^{시편의 J} c 는 3.2 ^× 10 ⁴ A/cm ^{2 로} ,

다결정 시편의 J c (700 A/cm ² ) ^의 45 ^배이었다 . ^또한 , 77K ^에

서의 자력냉각법으로 측정한 자기 포획력은 2.45 kG ^{로 단}

결정 Y123 ^시편의 0.45 kG ^{보다 상대적으로 컸다} . ^이는

Y1.5 ^{조성에서 이트륨의 과잉에 따른 결정성장의 촉진과}

결정내부에 미세한 Y211 ^{입자들이 분산되기 때문인 것으}

로 판단된다 .

감사의 글

본 연구는 교육과학기술부의 원자력연구개발 프로그램

의 연구비 지원으로 수행되었습니다 .

참고문헌

[1] M. K. Wu, J. R. Ashburn, C. J. Thorng, P. H. Hor, R. L.

Meng, L. Gao, Z. J. Huang, Q. Wang and C. W. Chu:

Phys. Rev. Lett.,

58

[2] M. Murakami, M. Morita, K. Doi and K. Miyamoto: Jpn.

J. Appl. Phys.,

28

[3] K. Matsunaga, M. Tomita, N. Yamachi, K. Iida, J. Yoshioka and M. Murakami: Supercond. Sci. Technol.,

15

[4] K. Nagashima, T. Higuchi, J. Sok, S. I. Yoo, H. Fujimoto and M. Murakami: Cryogenics,

37

[5] H. Hayashi, K. Tsutsumi, N. Saho, N. Nishizima and K.

Asano: Physica C,

392-396 (

[6] C.-J. Kim and G.-W. Hong: Supercond. Sci. Technol.,

12

(1999) R27.

[7] H. Salamati, A. Babaei-Brojeny and M. Safa: Supercond.

Sci. Technol.,

14

[8] T. Haugan, P. N. Barnes, R. Wheeler, F. Meisenkothen and M. Sumption: Nature,

430

[9] L. Zhou, P. Zhang, P. Ji, K. Wang, J. Wang and X. Wu:

Supercond. Sci. Technol.,

3

[10] S. R. Foltyn, L. Civale, J. L. MacManus-Driscoll, Q. X.

Jia, B. Maiorov, H. Wang and M. Maley: Nature Mater.,

6

(2007) 631.

[11] E. Dantsker S. Tanaka and J. Clarke, Appl. Phys. Lett.,

70

(1997) 2037.

[12] Y. A. Jee, C.-J. Kim, T.-H. Sung and G.-W. Hong: Super- cond. Sci. Technol.,

13

[13] C.-J. Kim, H.-Jin Kim, J.-W. Sun, B. K. Ji, H.-S. Kim, Jinho Joo, B.-H. Jun, C.-H. Jung, S.-D. Park, H.-W. Park and G.-W. Hong: Physica C,

386

[14] C.-J. Kim, H.-J. Kim, J.-H. Joo, G.-W. Hong, S.-C. Han, Y.-H. Han, T.-H. Sung and S.-J. Kim: Physica C,

336

(2000) 233.

[15] K. Kishio, J. Shimoyama, T. Hasegawa, K. Kitazawa and K. Fueki: Jpn. J. Appl. Phys.,

26

[16] C.-J. Kim, K.-B. Kim, I.-H. Kuk, G.-W. Hong, Y.-S. Lee and H.-S. Park: Supercond. Sci. Technol.,

10

[17] C. P. Bean: Rev. Mod. Phys.,

36

[18] C.-J. Kim, H.-W. Park, K.-B. Kim and G.-W. Hong: Super- cond. Sci. Technol.,

8

[19] M. Murakami: Mod. Phys. Lett., B,

⁴

Table 1. Summary of the fabrication condition and measured properties of samples

Sample No. Composition Process

T

∆ T

(K) J

(A/cm²) Ref.

1 YBa2Cu3O7-y Sintering 91 11 700 Poly-grain, random orientation 2 YBa2Cu3O7-y TSMG 92 12 160 Single grain, Coarse Y211 dispersion 3 Y1.5Ba2Cu3O7-y+ 1 wt.%

CeO2 addition TSMG 90.5 3.5 3

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