超伝導物質、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-yは、絶対温度９０Ｋ以下で 超伝導状態になります。
しかし超伝導状態になるためには、温度以外にも要素もあります。
外部磁場が一定の値以下で超伝導体を流れる電流が一定の値以下である必要があります。
ここでは、超伝導でいられる最大の電流、「臨界電流」を測定することにします。

超伝導状態が崩れることを「クェンチ」といいます。

なお、超伝導の詳しいことは超伝導(15KB)(最新物理のページ)をご覧ください。

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装置は、７７[k]の液体窒素に浸かっています。
図では灰色になっている超伝導体の抵抗を４端子法で測定します。
測定の精度を高めるために電流を「順」「逆」両方流してみて
その結果から計算して求めます。

計算は次のようになります。

順方向ではかったときの電圧をＶa、逆方向をＶbとすると実際の電圧は

Ｖa−Ｖb
　 ２

要するに平均値をとるのですが「−」は片方の符号を変えるためのものです。

この状態では液体窒素の温度でしか計れないので
ヒーターを使って徐々に温度を上げていきます。

温度の測定は「熱電対」を使います。
そのため、この図には載っていないのですが、温度比較用の
氷水(273K)に熱電対の片方を浸ける必要があります。

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超伝導物質は以下のように作ります。

●材料

Ｙ2Ｏ3　　０．３０２ｇ
ＢａＣＯ3 １．０５８ｇ
ＣｕＯ　　０．６４０ｇ

これは、超伝導物質を計２ｇ作るための量です。

●仮焼き１

まず、今の物質を混合します。
これは、１時間以上も混合する必要があります。
これは、物質間でむらを作らないようにするためです。
混合する際にはほかの不純物が入らないように細心の注意をしてください。

混合物質はアルミナのボートに押し固めます。
そして、炉で焼きます。温度変化は次のようになります。

●仮焼き２

仮焼きした後の物質を取り出し電気抵抗を測定する。抵抗が５〜１０Ωであれば成功です。
(電気抵抗はかなり幅があります。大きくても１００Ω以下ならＯＫ)
仮焼き１をしたものは、再びくずして混合します。
その後再び仮焼き２をします。温度条件は仮焼き１と同じです。

●本焼き

これを押しつぶして、再び混合して粉末状にします。
そして0.5gずつに分けてペレット状にします。
それを、プレス機で１５０〜２００気圧で５分間放置します。
その後に本焼きに入ります。
仮焼きのときと同じようにペレットをボートにセットします。
時間は次のようになります。

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●マイスナー効果

できあがった超伝導体を液体窒素で７７Ｋまで冷やします。
そして磁石の上に置くと磁石から３〜４ｍｍの位置に浮上しました。
これから超伝導状態の特徴である「マイスナー効果」が確認できました。

●Ｔｃの測定

超伝導になる温度Ｔｃの測定はヒーターの温度を上げながら抵抗を測定しました。

●臨界電流

定電流源を使って１１０ｍＡまで測定したが、超伝導状態は続いていた。
(温度は、液体窒素温度　７７Ｋ)

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●Ｔｃ

Ｔｃの測定結果から熱電対が−５．４０mVになったあたりから超伝導状態が
崩れていることがわかります。このときの温度は９３Ｋでした。
よって、Ｔｃは９３Ｋということになります。

●臨界電流

１１０ｍＡ以上は測定器の限界で測定できませんでした。
よって、臨界電流は１１０ｍＡ以上だということがわかりました。

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以下のものは超伝導実験中の写真です。

●超伝導物質

(40KB)

完成した超伝導物質です。 重さは０．５ｇ。堅くてもろい性質を持っています。
マイスナー効果で磁石の上に浮いている写真は撮りそこないました。

●測定の様子

(44KB)

手前の左側の装置内に液体窒素が満たされています。(ふちに霜がついています。)
右側の装置には氷水が入っています。
その中には熱電対のもう片方が入っています。

●測定回路

(21KB)

これは、液体窒素に浸けている部分の回路です。(正確には、試験管の中)
上がヒーター部分。
右の先端部は、黒い超伝導物質を白い銀ペーストでとめたものです。
測定には４端子法を用いています。
左のものは比較校正用の１００Ωの抵抗です。

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