准教授
おかだ たつのり
超伝導は、電子や正孔などの微視的（ミクロ）な機構がもたらす相転移現象ですが、その発現を電気抵抗の消失や完全反磁性などを通じて巨視的（マクロ）に観察することができます。その面白さに魅了され、学生-PD時代では鉄系超伝導体がなぜ超伝導を示すのか？に執心し、前職では超伝導線材の通電特性を向上するにはどうすれば良いのか？を追究、、、気づいたら現在に至っていました。
ナノスケールの物理を用いて
超伝導材料をもっと便利に！
電気電子材料工学、応用物性、磁性・超伝導および強相関系
超伝導線材、臨界電流密度、磁束ピン止め、磁束フロー
超伝導体を極低温（氷点下200度以下くらい）に冷やすと、電気抵抗がほぼゼロになります。超伝導体を長尺化した超伝導線材は、電気抵抗によるジュール発熱なしに大電流を流すことができるため、低損失の送電ケーブルや強力な電磁石へ応用できます。実際、工場内での送電実証実験や、医療用MRI・超電導リニアなどの超伝導マグネットとして利用されています。
「電気抵抗ゼロだから幾らでも電流を流せるか」というと、残念ながら流せる電流値には限界（臨界電流"Ic"）があります。上記の通り、超伝導体はある温度（臨界温度"Tc"）より十分に冷やしておく必要があり、通電時に電流自身が磁場を作り出しますが、電気抵抗ゼロ状態を保てる磁場にも限界値（不可逆磁場"Birr"）があります。更に、Ic, Tc, Birrは、磁場印加角度"θ"や超伝導体の結晶構造に生じるひずみ"ε"にも影響されます。これまでに、Ic特性を向上すべく、様々な形状の人為的不純物（"人工ピン"）の導入が試みられてきましたが、どのような形状・サイズ・分布の人工ピンを導入するとIc(T, B, θ, ε)がどのように変化するのかは十分に理解されていません。
このように、多くの因子に影響される超伝導線材の特性を向上していくには、複雑なIc(T, B, θ, ε)を理解し、改善していく必要があります。私は、超伝導線材開発に取り組む国内外の研究機関・民間企業と連携し、(i)東北大学の強磁場センターを利用した通電特性の測定や、(ii)力学的なひずみ印加による特性変化の評価と、(iii)Ic特性を決定づける超伝導渦糸（超伝導体に侵入した磁束）の数理モデル化や数値シミュレーションを通じて、Ic(T, B, θ, ε)特性に人工ピンが及ぼす影響の解明に取り組んでいます。
超伝導線材の開発研究は日進月歩で進展しており、上述の人工ピンも新たな物質や形状のものがどんどん開拓されています。したがって、Ic(T, B, θ, ε)特性の評価・解明は今後も重要な課題であり、実験的な評価と、数理モデル・数値シミュレーションによる体系的な理解を通じて、多種多様な人工ピンの性能を統一的に記述したいと考えています。
また、「工学研究院物質工学研究系」・「工学部マテリアル工学科」という、材料開発を指向した環境に着任したので、自分自身でも新たな超伝導材料や新奇な人工ピンの開発・解明にも取り組みたいと思います。
＜共同研究＞
①ジュネーヴ大[Prof. C. Senatoreグループ]（2024-現在）
②住友電気工業株式会社（2021-現在）
③上海交通大[Prof. Y. Zhaoグループ]（2020-現在）
④Faraday Factory Japan（2020-現在）
⑤カールスルーエ工科大[Prof. B. Holzapfelグループ]（2020-2024）
⑥マサチューセッツ工科大[Prof. Z. Hartwigグループ]（2018-現在）
⑦中国科学院[Prof. Y. Maグループ]（2018-現在）
⑧Commonwealth Fusion System社（2018-2023）
⑨フランス国立科学研究センター[Prof. P. Tixadorグループ]（2017-2023）
⑩株式会社フジクラ（2016-現在）
＜超伝導線材の通電特性評価に関するもの＞
【論文】
●M. Miura, S. Eley, K. Iida, K. Hanzawa, J. Matsumoto, H. Hiramatsu, Y. Ogimoto, T. Suzuki, T. Kobayashi, T. Ozaki, H. Kurokawa, N. Sekiya, R. Yoshida, T. Kato, T. Okada, H. Okazaki, T. Yamaki, J. Hänisch, S. Awaji, A. Maeda, B. Maiorov, H. Hosono, ""Quadrupling the depairing current density in the iron- based superconductor SmFeAsO1–xHx,"" Nature Materials, 23 (2024) 1370.
● T. Okada, H. Misaizu, S. Awaji, K. Nakaoka, T. Machi, T. Izumi, M. Miura, ""Longitudinal Magnetic Field Effects on (Y,Gd)Ba2Cu3O7−δ Coated Conductor With BaHfO3 Nanoparticles Fabricated by UTOC-MOD Method,"" IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 29 (2019) 8002705.
など。
＜超伝導線材の機械特性評価に関するもの＞
【論文】
●T. Okada, D. Kobayashi, K. Sakai, S. Awaji, M. Kikuchi, T. Kato, ""Mechanical and critical current characteristics of high-strength Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ multi-filamentary tapes reinforced with thicker Ni-alloy laminations with various pre-tensions,” Superconductor Science and Technology, 36 (2022) 014002.
●T. Okada, H. Misaizu, S. Awaji, ""A possible explanation for double-peak structure in strain dependence of critical current density in REBa2Cu3O7−δ coated conductors,"" Superconductor Science and Technology, 33 (2020) 094014.
など。
＜無冷媒超伝導マグネット開発に関するもの＞
【論文】
●K. Takahashi, T. Okada, Y. Tsuchiya, S. Awaji, H. Takewa, S. Hanai, S. Ioka, ""Seven-Year Operation of 25-T Cryogen-Free Superconducting Magnet as a User Magnet at HFLSM, IMR, Tohoku University,"" IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 34 (2024) 4601905.
●A. Badel, T. Okada, K. Takahashi, S. Fujita, H. Miyazaki, S. Ioka, S. Awaji, ""Detection and protection against quench/local thermal runaway for a 30 T cryogen-free magnet,"" IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 31 (2021) 4700705.
など。
＜超伝導渦糸の物理に関するもの＞
【論文】
●R. Ogawa, T. Okada, H. Takahashi, F. Nabeshima, A. Maeda, ""Microwave Hall effect measurement for materials in the skin depth region,"" Journal of Applied Physics, 129 (2019) 015102.
●T. Okada, Y. Imai, K. Kitagawa, K. Matsubayashi, M. Nakajima, A. Iyo, Y. Uwatoko, H. Eisaki, A. Maeda, ""Superconducting-gap anisotropy of iron pnictides investigated via combinatorial microwave measurements,"" Scientific Report, 10 (2020) 7064.
など。
