超伝導状態の電流－電界特性について

質問

大学の実験で超伝導の実験を行っています。
先日、YBCOというイットリウム系超電導線材を用いて臨界電流値の計測を行いました。線材を超伝導状態にし、電圧を上げていきながら電流を計測しました。すると、臨界電流値を超えてさらに電圧をあげると電流が逆に減少していきました。電圧を縦軸、電流を横軸にグラフをとると、「＞」のように折れ曲がったグラフになる感じです。
理論的には臨界電流を超えてからは、真っすぐグラフが立ち上がると思うのですがどうしてこのような結果が出てしまうのでしょうか？
私自身は線材の劣化による抵抗の発生が電圧を上げても電流が増えない理由なのではないかと考えています。
とてもわかりにくい表現で申し訳ないのですがどなたか教えていただきたいです。

回答No.1

foobar · ベストアンサー

線材の温度は測定されていますでしょうか？
常伝導転移して、電気抵抗が発生、発熱、温度上昇、臨界電流の低下、抵抗の上昇、という状態になっているような気がします。

お礼

お答えいただきありがとうございます。
線材の温度は測定していませんが、クライオスタット内に液体窒素を注入して実験していますので超伝導状態ではないかと思います。

回答No.5

foobar

磁束クリープ（flux flow)といわれてるのは、150-180Aくらいで徐々に電圧が10mV/cmくらいまで立ち上がっている領域かと思います。
磁束跳躍(flux jump)はこういう定常状態での計測では観測にかからないかと思います。（横軸に時間をとって、同じ電流で波形観測していると、パルス状の電圧が観測される。）

そういうのではなくて、常伝導転移し、発熱して温度上昇が起きている（で、その温度での抵抗による発熱と冷却がつりあう点に落ち着いている）ような気がします。

回答No.4

dekopon211

高温超伝導体中では磁束クリープ等により
超伝導状態でも抵抗が発生する事があります。

温度変化というのが一番ありそうなのですが、
温度はどのようにコントロールしているのでしょうか？
それとも液体窒素に直接浸している状態でしょうか？

電圧を変化させてそのときの電流値を記録しているとの事ですが、
緩和時間は充分取っていますか？

補足

ご回答ありがとうございます。
温度のコントロールですが、液体窒素内に直接浸しています。温度の計測は行いませんでしたが、液体窒素を注入していく過程で超伝導状態になったことを確認してから実験を行いました。
緩和時間はあまり十分にとっていないと思います。

回答No.3

foobar

線材が劣化しているかどうかは、もう一度電流を0まで下げて、（時間をおいて十分冷却して）再実験してみれば確認できるかと思います。
線材が劣化していれば、 50から150Aまであげるときの様相が変化します。

＃１お礼欄に関して
一旦臨界電流を超えているので、超伝導が破れてても不思議はありません。
（電圧が出ているので、「超伝導」ではないでしょう。）
液体窒素中でも、発熱に伴う熱伝達があれば、温度は上昇します。
（温度が上昇しなければ、熱伝達がおきません。
特に線材表面で沸騰が起きるような条件だと、それなりに温度が上がったりします。）
また、温度が上がると、臨界電流が下がり、発生電圧が増える、という循環も起きます。

お礼

申し訳ないです。すごく見当違いなことを言ってしまいました。
臨界電流超えたら超伝導ではありませんね・・。
もしかしてfoobarさんがおっしゃっているのは磁束跳躍というものでしょうか？

回答No.2

dekopon211

抵抗ー電流のグラフを見せてもらえませんか？

補足

ありがとうございます。
抵抗と線材電圧がほぼ比例関係にあるので、抵抗－電流のグラフも電界－電流のグラフと同じようなグラフです。