Salamat sa pagbisita sa nature.com. Naggamit ka usa ka bersyon sa browser nga adunay limitado nga suporta alang sa CSS. Aron makuha ang labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka labing bag-o nga browser (o i-off ang mode sa pagkaangay sa Internet Explorer). Sa kasamtangan, aron maseguro ang padayon nga suporta, gipakita namo ang site nga walay mga estilo ug JavaScript.
Gi-report namon ang talagsaon nga photovoltaic nga epekto sa YBa2Cu3O6.96 (YBCO) nga seramik tali sa 50 ug 300 K nga gipahinabo sa blue-laser nga kahayag, nga direktang may kalabutan sa superconductivity sa YBCO ug sa YBCO-metallic electrode interface. Adunay usa ka polarity reversal alang sa open circuit boltahe Voc ug mubo nga sirkito kasamtangan nga Isc sa diha nga YBCO moagi sa usa ka transisyon gikan sa superconducting sa resistive estado. Gipakita namon nga adunay usa ka potensyal sa elektrisidad tabok sa superconductor-normal nga metal nga interface, nga naghatag sa pwersa sa pagbulag alang sa mga pares sa electron-hole nga gipahinabo sa litrato. Kini nga potensyal sa interface nagdirekta gikan sa YBCO ngadto sa metal nga electrode kung ang YBCO superconducting ug mobalhin sa atbang nga direksyon kung ang YBCO mahimong nonsuperconducting. Ang gigikanan sa potensyal mahimong dali nga nalangkit sa kaduol nga epekto sa metal-superconductor interface kung ang YBCO superconducting ug ang kantidad niini gibanabana nga ~ 10-8 mV sa 50 K nga adunay intensity sa laser nga 502 mW / cm2. Ang kombinasyon sa usa ka p-type nga materyal nga YBCO sa normal nga kahimtang uban sa usa ka n-type nga materyal Ag-paste nagporma og quasi-pn junction nga maoy responsable sa photovoltaic nga kinaiya sa YBCO ceramics sa taas nga temperatura. Ang among mga nahibal-an mahimo’g maghatag dalan sa mga bag-ong aplikasyon sa photon-electronic nga mga aparato ug maghatag dugang nga kahayag sa kaduol nga epekto sa superconductor-metal interface.
Photo-induced boltahe sa taas nga temperatura superconductor gitaho sa sayong bahin sa 1990's ug kaylap nga giimbestigahan sukad niadto, apan ang kinaiyahan ug mekanismo niini nagpabilin nga wala masulbad1,2,3,4,5. Ang YBa2Cu3O7-δ (YBCO) nga manipis nga mga pelikula6,7,8, sa partikular, intensively gitun-an sa porma sa photovoltaic (PV) cell tungod sa iyang adjustable energy gap9,10,11,12,13. Bisan pa, ang taas nga pagsukol sa substrate kanunay nga nagdala sa usa ka ubos nga pagkaayo sa pagkakabig sa aparato ug gitagoan ang panguna nga mga kabtangan sa PV sa YBCO8. Dinhi among gitaho ang talagsaong epekto sa photovoltaic nga gipahinabo sa blue-laser (λ = 450 nm) nga kahayag sa YBa2Cu3O6.96 (YBCO) nga seramik tali sa 50 ug 300 K (Tc ~ 90 K). Gipakita namo nga ang epekto sa PV direktang may kalabutan sa superconductivity sa YBCO ug ang kinaiya sa YBCO-metallic electrode interface. Adunay usa ka polarity reversal alang sa open circuit boltahe Voc ug mubo nga sirkito kasamtangan nga Isc sa diha nga YBCO moagi sa usa ka transisyon gikan sa superconducting bahin sa usa ka resistive nga kahimtang. Gisugyot nga adunay usa ka potensyal sa elektrisidad sa tibuuk nga superconductor-normal nga metal nga interface, nga naghatag sa pwersa sa pagbulag alang sa mga pares sa electron-hole nga gipahinabo sa litrato. Kini nga potensyal sa interface nagdirekta gikan sa YBCO ngadto sa metal nga electrode kung ang YBCO superconducting ug mobalhin sa atbang nga direksyon kung ang sample mahimong nonsuperconducting. Ang gigikanan sa potensyal mahimong natural nga nalangkit sa kaduol nga epekto14,15,16,17 sa metal-superconductor interface kung ang YBCO superconducting ug ang kantidad niini gibanabana nga ~ 10−8 mV sa 50 K nga adunay intensity sa laser nga 502 mW /cm2. Kombinasyon sa usa ka p-type nga materyal nga YBCO sa normal nga estado nga adunay usa ka n-type nga materyal nga Ag-paste nga mga porma, lagmit, usa ka quasi-pn junction nga maoy responsable sa PV nga kinaiya sa YBCO ceramics sa taas nga temperatura. Ang among mga obserbasyon naghatag dugang nga kahayag sa gigikanan sa epekto sa PV sa taas nga temperatura nga superconducting YBCO ceramics ug naghatag dalan alang sa aplikasyon niini sa mga aparato nga optoelectronic sama sa paspas nga passive light detector ug uban pa.
Ang Figure 1a-c nagpakita nga ang IV nga mga kinaiya sa YBCO ceramic sample sa 50 K. Kung walay kahayag nga kahayag, ang boltahe sa tibuok sample nagpabilin sa zero uban sa pagbag-o sa kasamtangan, ingon sa mapaabut gikan sa usa ka superconducting nga materyal. Ang dayag nga photovoltaic nga epekto makita sa dihang ang laser beam gitumong sa cathode (Fig. 1a): ang IV curves nga parallel sa I-axis mobalhin paubos uban ang pagtaas sa laser intensity. Kini mao ang dayag nga adunay usa ka negatibo nga photo-induced boltahe bisan walay bisan unsa nga kasamtangan (kasagaran gitawag nga open circuit boltahe Voc). Ang zero slope sa IV curve nagpakita nga ang sample superconducting gihapon ubos sa laser illumination.
(a–c) ug 300 K (e–g). Ang mga bili sa V(I) nakuha pinaagi sa pagsilhig sa kasamtangan gikan sa −10 mA ngadto sa +10 mA sa vacuum. Bahin lamang sa eksperimento nga datos ang gipresentar alang sa katin-awan. a, Current-boltahe nga mga kinaiya sa YBCO gisukod sa laser spot nga nahimutang sa cathode (i). Ang tanan nga mga kurba sa IV mga pinahigda nga tul-id nga mga linya nga nagpaila nga ang sampol nag-superconduct pa sa laser irradiation. Ang kurba naglihok paubos uban ang pagtaas sa intensity sa laser, nga nagpakita nga adunay usa ka negatibo nga potensyal (Voc) tali sa duha nga boltahe nga nanguna bisan kung adunay zero nga karon. Ang IV curves nagpabilin nga wala mausab kung ang laser gitumong sa sentro sa sample sa ether 50 K (b) o 300 K (f). Ang pinahigda nga linya nagalihok pataas samtang ang anode nalamdagan (c). Usa ka eskematiko nga modelo sa metal-superconductor junction sa 50 K gipakita sa d. Ang kasamtangan nga boltahe nga mga kinaiya sa normal nga estado nga YBCO sa 300 K nga gisukod sa laser beam nga gipunting sa cathode ug anode gihatag sa e ug g matag usa. Sukwahi sa mga resulta sa 50 K, ang non-zero slope sa mga tul-id nga linya nagpakita nga ang YBCO anaa sa normal nga kahimtang; ang mga bili sa Voc lainlain sa kahayag intensity sa usa ka atbang nga direksyon, nga nagpakita sa usa ka lain-laing mga charge pagbulag mekanismo. Ang usa ka posible nga istruktura sa interface sa 300 K gihulagway sa hj Ang tinuud nga litrato sa sample nga adunay mga lead.
Oxygen-rich YBCO sa superconducting state makasuhop sa halos tibuok spectrum sa kahayag sa adlaw tungod sa gamay kaayo nga energy gap (Eg)9,10, sa ingon makamugna og electron-hole pairs (e–h). Para makahimo ug open circuit nga boltahe nga Voc pinaagi sa pagsuyup sa mga photon, gikinahanglan nga spatially bulagon ang photo-generated eh pares sa dili pa mahitabo ang recombination18. Ang negatibo nga Voc, nga may kalabotan sa cathode ug anode sama sa gipakita sa Fig. 1i, nagsugyot nga adunay usa ka potensyal nga elektrikal sa tibuuk nga interface sa metal-superconductor, nga nagsilhig sa mga electron sa anode ug mga lungag sa cathode. Kung mao kini ang kaso, kinahanglan usab nga adunay usa ka potensyal nga pagtudlo gikan sa superconductor ngadto sa metal nga electrode sa anode. Tungod niini, usa ka positibo nga Voc ang makuha kung ang sample nga lugar duol sa anode madan-agan. Dugang pa, kinahanglan nga walay photo-induced voltages kung ang laser spot gipunting sa mga lugar nga layo sa mga electrodes. Kini mao ang tinuod nga kaso sama sa makita gikan sa Fig. 1b, c!.
Sa diha nga ang kahayag nga dapit mobalhin gikan sa cathode electrode ngadto sa sentro sa sample (mga 1.25 mm gawas sa mga interface), walay kausaban sa IV curves ug walay Voc mahimong obserbahan uban sa pagdugang sa laser intensity sa maximum nga bili anaa (Fig. 1b) . Natural, kini nga resulta mahimong ipahinungod sa limitado nga kinabuhi sa mga tagdala nga gipahinabo sa litrato ug ang kakulang sa pwersa sa pagbulag sa sample. Ang mga pares sa electron-hole mahimong mamugna sa matag higayon nga ang sample madan-agan, apan kadaghanan sa mga e-h nga pares mapapas ug walay photovoltaic nga epekto nga makita kung ang laser spot mahulog sa mga lugar nga layo sa bisan unsang mga electrodes. Pagbalhin sa laser spot sa anode electrodes, ang IV curves parallel sa I-axis nagalihok pataas uban sa pagdugang sa laser intensity (Fig. 1c). Ang susama nga built-in nga electrical field anaa sa metal-superconductor junction sa anode. Bisan pa, ang metal nga electrode nagkonektar sa positibo nga tingga sa sistema sa pagsulay karong panahona. Ang mga lungag nga gihimo sa laser giduso sa anode lead ug sa ingon usa ka positibo nga Voc ang nakita. Ang mga resulta nga gipresentar dinhi naghatag og lig-on nga ebidensya nga adunay usa ka potensyal nga interface nga nagtudlo gikan sa superconductor ngadto sa metal nga electrode.
Photovoltaic nga epekto sa YBa2Cu3O6.96 ceramics sa 300 K gipakita sa Fig. 1e-g. Kung walay kahayag nga kahayag, ang IV curve sa sample usa ka tul-id nga linya nga mitabok sa gigikanan. Kini nga tul-id nga linya naglihok pataas nga parehas sa orihinal nga adunay pagtaas sa intensity sa laser nga nag-irradiate sa mga lead sa cathode (Fig. 1e). Adunay duha ka limitado nga mga kaso sa interes alang sa usa ka photovoltaic device. Ang short-circuit nga kahimtang mahitabo sa diha nga V = 0. Ang kasamtangan sa niini nga kaso mao ang gitawag nga ang mubo nga sirkito kasamtangan (Isc). Ang ikaduhang limiting case mao ang open-circuit condition (Voc) nga mahitabo kung ang R→∞ o ang kasamtangan kay zero. Ang Figure 1e tin-aw nga nagpakita nga ang Voc positibo ug nagdugang sa pagtaas sa intensity sa kahayag, sukwahi sa resulta nga nakuha sa 50 K; samtang ang usa ka negatibo nga Isc naobserbahan nga motaas ang gidak-on sa kahayag nga kahayag, usa ka tipikal nga kinaiya sa normal nga mga solar cell.
Sa susama, kung ang laser beam gipunting sa mga lugar nga layo sa mga electrodes, ang V (I) curve independente sa intensity sa laser ug walay photovoltaic nga epekto nga nagpakita (Fig. 1f). Susama sa pagsukod sa 50 K, ang IV curves mobalhin ngadto sa atbang nga direksyon samtang ang anode electrode irradiated (Fig. 1g). Ang tanan nga kini nga mga resulta nga nakuha alang sa YBCO-Ag paste nga sistema sa 300 K nga adunay laser nga gi-irradiated sa lainlaing mga posisyon sa sample nahiuyon sa usa ka potensyal nga interface nga sukwahi sa naobserbahan sa 50 K.
Kadaghanan sa mga electron nag-condense sa mga pares sa Cooper sa superconducting YBCO ubos sa temperatura sa transisyon niini Tc. Samtang sa metal electrode, ang tanan nga mga electron nagpabilin sa singular nga porma. Adunay usa ka dako nga densidad gradient alang sa duha singular nga mga electron ug Cooper nga mga pares sa palibot sa metal-superconductor interface. Ang kadaghanan nga tigdala nga singular nga mga electron sa metal nga materyal mokaylap ngadto sa superconductor nga rehiyon, samtang ang kadaghanan nga carrier nga Cooper-pares sa YBCO nga rehiyon mokaylap ngadto sa metal nga rehiyon. Samtang ang mga pares sa Cooper nga nagdala og daghang mga singil ug adunay mas dako nga paglihok kaysa singular nga mga electron nga mikaylap gikan sa YBCO ngadto sa metal nga rehiyon, ang mga positibo nga gikargahan nga mga atomo nahabilin, nga miresulta sa usa ka electric field sa space charge nga rehiyon. Ang direksyon niini nga electric field gipakita sa schematic diagram Fig. 1d. Ang insidente nga photon illumination duol sa space charge nga rehiyon makamugna og mga pares nga magbulag-bulag ug mabanlas nga mohimo ug photocurrent sa reverse-bias nga direksyon. Sa diha nga ang mga electron makagawas gikan sa pagtukod-sa elektrikal nga kapatagan, sila gipamub-an ngadto sa mga parisan ug modagayday ngadto sa laing electrode nga walay pagsukol. Sa kini nga kaso, ang Voc kaatbang sa pre-set polarity ug nagpakita sa negatibo nga kantidad kung ang laser beam nagpunting sa lugar sa palibot sa negatibo nga electrode. Gikan sa bili sa Voc, ang potensyal sa tibuok interface mahimong mabanabana: ang gilay-on tali sa duha ka boltahe nga lead d mao ang ~ 5 × 10−3 m, ang gibag-on sa metal-superconductor interface, di, kinahanglan nga parehas nga han-ay sa magnitude ingon nga ang coherence length sa YBCO superconductor (~ 1 nm) 19,20, kuhaa ang bili sa Voc = 0.03 mV, ang potensyal nga Vms sa metal-superconductor interface gibana-bana nga ~ 10−11 V sa 50 K nga adunay intensity sa laser sa 502 mW/cm2, gamit ang equation,
Gusto namon nga hatagan og gibug-aton dinhi nga ang boltahe nga gipahinabo sa litrato dili mapasabut sa epekto sa thermal sa litrato. Gi-eksperimento nga natukod nga ang Seebeck coefficient sa superconductor YBCO mao ang Ss = 021. Ang Seebeck coefficient alang sa copper lead wires anaa sa range sa SCu = 0.34-1.15 μV / K3. Ang temperatura sa copper wire sa laser spot mahimong mapataas sa gamay nga kantidad nga 0.06 K nga adunay labing taas nga intensity sa laser nga magamit sa 50 K. Mahimo kini nga makahimo og thermoelectric nga potensyal nga 6.9 × 10−8 V nga tulo ka order magnitude nga mas gamay kaysa ang Voc nga nakuha sa Fig 1 (a). Dayag nga ang thermoelectric nga epekto gamay ra kaayo aron ipatin-aw ang mga resulta sa eksperimento. Sa tinuud, ang pagbag-o sa temperatura tungod sa laser irradiation mawala sa wala’y usa ka minuto aron ang kontribusyon gikan sa thermal nga epekto mahimo nga luwas nga dili tagdon.
Kini nga photovoltaic nga epekto sa YBCO sa temperatura sa lawak nagpadayag nga lain nga mekanismo sa pagbulag sa bayad ang nalangkit dinhi. Ang superconducting YBCO sa normal nga estado usa ka p-type nga materyal nga adunay mga lungag ingon nga charge carrier22,23, samtang ang metal nga Ag-paste adunay mga kinaiya sa usa ka n-type nga materyal. Susama sa pn junctions, ang pagsabwag sa mga electron sa silver paste ug mga lungag sa YBCO ceramic magporma og internal electrical field nga nagpunting sa YBCO ceramic sa interface (Fig. 1h). Kini ang internal nga natad nga naghatag sa pwersa sa pagbulag ug nagdala ngadto sa usa ka positibo nga Voc ug negatibo nga Isc alang sa YBCO-Ag paste nga sistema sa temperatura sa lawak, ingon sa gipakita sa Fig. 1e. Sa laing bahin, ang Ag-YBCO mahimo nga usa ka p-type nga Schottky junction nga motultol usab sa usa ka potensyal sa interface nga adunay parehas nga polarity sama sa modelo nga gipresentar sa ibabaw24.
Sa pag-imbestigar sa detalyado nga proseso sa ebolusyon sa photovoltaic properties atol sa superconducting transition sa YBCO, IV curves sa sample sa 80 K gisukod sa pinili nga laser intensities nga nagdan-ag sa cathode electrode (Fig. 2). Kung walay laser irradiation, ang boltahe tabok sa sample nagpabilin sa zero bisan unsa pa ang kasamtangan, nga nagpakita sa superconducting nga kahimtang sa sample sa 80 K (Fig. 2a). Susama sa datos nga nakuha sa 50 K, ang mga kurba sa IV nga parallel sa I-axis mobalhin paubos uban ang pagtaas sa intensity sa laser hangtod maabot ang usa ka kritikal nga kantidad nga Pc. Ibabaw niining kritikal nga laser intensity (Pc), ang superconductor moagi sa usa ka transisyon gikan sa usa ka superconducting phase ngadto sa usa ka resistive phase; ang boltahe nagsugod sa pagdugang sa kasamtangan tungod sa dagway sa pagsukol sa superconductor. Ingon usa ka sangputanan, ang kurba sa IV nagsugod sa intersect sa I-axis ug V-axis padulong sa negatibo nga Voc ug positibo nga Isc sa una. Karon ang sample daw naa sa usa ka espesyal nga kahimtang diin ang polarity sa Voc ug Isc hilabihan ka sensitibo sa kahayag nga intensity; nga adunay gamay kaayo nga pagtaas sa intensity sa kahayag Ang Isc nakabig gikan sa positibo ngadto sa negatibo ug ang Voc gikan sa negatibo ngadto sa positibo nga bili, nga gipasa ang gigikanan (ang taas nga pagkasensitibo sa photovoltaic nga mga kabtangan, ilabi na ang bili sa Isc, ngadto sa kahayag nga kahayag makita nga mas tin-aw sa Fig. 2b). Sa labing kataas nga intensity sa laser nga magamit, ang mga kurba sa IV nagtinguha nga managsama sa usag usa, nga nagpasabut sa normal nga kahimtang sa sample sa YBCO.
Ang laser spot center nahimutang sa palibot sa cathode electrodes (tan-awa ang Fig. 1i). a, IV curves sa YBCO irradiated uban sa lain-laing mga laser intensities. b (ibabaw), Laser intensity pagsalig sa open circuit boltahe Voc ug mubo nga sirkito kasamtangan nga Isc. Ang Isc values dili makuha sa low light intensity (<110 mW/cm2) tungod kay ang IV curves kay parallel sa I-axis kung ang sample naa sa superconducting state. b (ubos), differential resistance isip usa ka function sa laser intensity.
Ang laser intensity pagsalig sa Voc ug Isc sa 80 K gipakita sa Fig. 2b (ibabaw). Ang photovoltaic nga mga kabtangan mahimong hisgutan sa tulo ka mga rehiyon sa kahayag intensity. Ang una nga rehiyon naa sa taliwala sa 0 ug Pc, diin ang YBCO superconducting, ang Voc negatibo ug mikunhod (bug-os nga pagtaas sa kantidad) nga adunay kahayag nga intensity ug nakaabot sa minimum sa Pc. Ang ikaduha nga rehiyon gikan sa Pc ngadto sa lain nga kritikal nga intensity P0, diin ang Voc motaas samtang ang Isc mokunhod uban ang pagtaas sa kahayag ug ang duha moabot sa zero sa P0. Ang ikatulo nga rehiyon labaw sa P0 hangtod maabot ang normal nga estado sa YBCO. Bisan kung ang Voc ug Isc magkalainlain sa kahayag nga intensity sa parehas nga paagi sama sa rehiyon 2, sila adunay kaatbang nga polarity labaw sa kritikal nga intensity P0. Ang kahinungdanon sa P0 kay wala’y epekto sa photovoltaic ug ang mekanismo sa pagbulag sa bayad nagbag-o sa kalidad sa kini nga punto. Ang sample sa YBCO nahimong non-superconducting sa kini nga range sa light intensity apan ang normal nga kahimtang wala pa maabot.
Tin-aw, ang photovoltaic nga mga kinaiya sa sistema suod nga nalangkit sa superconductivity sa YBCO ug sa iyang superconducting transisyon. Ang differential resistance, dV/dI, sa YBCO gipakita sa Fig. 2b (ubos) isip function sa laser intensity. Sama sa nahisgotan na kaniadto, ang pagtukod sa potensyal sa kuryente sa interface tungod sa Cooper pair diffusion points gikan sa superconductor ngadto sa metal. Sama sa naobserbahan sa 50 K, ang photovoltaic nga epekto gipauswag sa pagdugang sa intensity sa laser gikan sa 0 hangtod sa Pc. Kung ang intensity sa laser moabot sa usa ka kantidad nga gamay sa ibabaw sa Pc, ang IV curve magsugod sa pagkiling ug ang pagsukol sa sample nagsugod sa pagpakita, apan ang polarity sa potensyal sa interface wala pa mausab. Ang epekto sa optical excitation sa superconductivity gisusi sa makita o duol sa IR nga rehiyon. Samtang ang sukaranan nga proseso mao ang pagbungkag sa mga pares sa Cooper ug paglaglag sa superconductivity25,26, sa pipila ka mga kaso ang superconductivity transisyon mahimong mapalambo27,28,29, ang bag-ong mga hugna sa superconductivity mahimo pa gani nga maaghat30. Ang pagkawala sa superconductivity sa Pc mahimong ipahinungod sa photo-induced pares breaking. Sa punto nga P0, ang potensyal tabok sa interface nahimong zero, nga nagpakita nga ang charge density sa duha ka kilid sa interface moabot sa samang lebel ubos niining partikular nga intensity sa light illumination. Ang dugang nga pagtaas sa intensity sa laser nagresulta sa daghang mga pares sa Cooper nga naguba ug ang YBCO hinayhinay nga nabag-o balik sa usa ka p-type nga materyal. Imbes nga electron ug Cooper pares diffusion, ang feature sa interface karon gitino pinaagi sa electron ug hole diffusion nga mosangpot sa polarity reversal sa electrical field sa interface ug sa ingon usa ka positibo nga Voc (itandi ang Fig.1d,h). Sa taas kaayo nga laser intensity, ang differential resistance sa YBCO saturates ngadto sa usa ka bili nga katumbas sa normal nga estado ug ang Voc ug Isc lagmit nga magkalahi sa linearly sa laser intensity (Fig. 2b). Kini nga obserbasyon nagpadayag nga ang laser irradiation sa normal nga estado YBCO dili na mag-usab sa resistivity niini ug ang bahin sa superconductor-metal interface apan nagdugang lamang sa konsentrasyon sa mga pares sa electron-hole.
Aron masusi ang epekto sa temperatura sa photovoltaic nga mga kabtangan, ang metal-superconductor nga sistema gi-irradiated sa cathode nga adunay asul nga laser sa intensity 502 mW/cm2. IV curves nga nakuha sa pinili nga mga temperatura sa taliwala sa 50 ug 300 K gihatag sa Fig. 3a. Ang bukas nga sirkito nga boltahe nga Voc, mubo nga sirkito nga kasamtangan nga Isc ug ang differential resistance mahimong makuha gikan niining mga IV curves ug gipakita sa Fig. 3b. Kung wala ang kahayag sa kahayag, ang tanan nga mga kurba sa IV nga gisukod sa lainlaing mga temperatura moagi sa gigikanan sama sa gipaabut (inset sa Fig. 3a). Ang IV nga mga kinaiya nagbag-o pag-ayo sa pagtaas sa temperatura kung ang sistema gilamdagan sa usa ka medyo lig-on nga laser beam (502 mW / cm2). Sa ubos nga temperatura ang IV curves mga tul-id nga linya parallel sa I-axis nga adunay negatibo nga mga kantidad sa Voc. Kini nga kurba mobalhin pataas uban ang pagtaas sa temperatura ug anam-anam nga nahimong linya nga adunay nonzero slope sa kritikal nga temperatura Tcp (Fig. 3a (ibabaw)). Morag ang tanan nga mga kurba sa kinaiya sa IV nagtuyok sa usa ka punto sa ikatulo nga kwadrante. Ang Voc nagdugang gikan sa usa ka negatibo nga kantidad ngadto sa usa ka positibo samtang ang Isc mikunhod gikan sa usa ka positibo ngadto sa usa ka negatibo nga bili. Ibabaw sa orihinal nga superconducting transition temperature Tc sa YBCO, ang IV curve nag-usab-usab nga lahi sa temperatura (ubos sa Fig. 3a). Una, ang rotation center sa IV curves mobalhin sa unang quadrant. Ikaduha, ang Voc nagpadayon sa pagkunhod ug ang Isc nga pagtaas sa pagtaas sa temperatura (ibabaw sa Fig. 3b). Ikatulo, ang bakilid sa IV curves pagtaas sa linearly sa temperatura nga miresulta sa usa ka positibo nga temperatura coefficient sa pagsukol alang sa YBCO (ubos sa Fig. 3b).
Pagsalig sa temperatura sa photovoltaic nga mga kinaiya alang sa YBCO-Ag paste nga sistema ubos sa 502 mW/cm2 laser illumination.
Ang laser spot center nahimutang sa palibot sa cathode electrodes (tan-awa ang Fig. 1i). a, IV curves nakuha gikan sa 50 ngadto sa 90 K (ibabaw) ug gikan sa 100 ngadto sa 300 K (ubos) uban sa usa ka temperatura increment sa 5 K ug 20 K, sa tinagsa. Ang inset a nagpakita sa IV nga mga kinaiya sa daghang temperatura sa ngitngit. Ang tanan nga mga kurba mitabok sa gigikanan nga punto. b, bukas nga sirkito boltahe Voc ug mubo nga sirkito kasamtangan nga Isc (ibabaw) ug ang differential pagsukol, dV/dI, sa YBCO (ubos) ingon sa usa ka function sa temperatura. Ang zero resistance superconducting transition temperature Tcp wala gihatag tungod kay kini duol ra kaayo sa Tc0.
Tulo ka kritikal nga temperatura ang mailhan gikan sa Fig. 3b: Tcp, sa ibabaw diin ang YBCO nahimong non-superconducting; Tc0, diin ang Voc ug Isc nahimong zero ug Tc, ang orihinal nga pagsugod sa superconducting transition temperature sa YBCO nga walay laser irradiation. Ubos sa Tcp ~ 55 K, ang laser irradiated YBCO naa sa superconducting state nga adunay medyo taas nga konsentrasyon sa mga pares sa Cooper. Ang epekto sa laser irradiation mao ang pagpakunhod sa zero resistance superconducting transition temperature gikan sa 89 K ngadto sa ~ 55 K (ubos sa Fig. 3b) pinaagi sa pagkunhod sa Cooper pair concentration dugang sa pagprodyus og photovoltaic voltage ug current. Ang pagtaas sa temperatura makaguba usab sa mga pares sa Cooper nga motultol sa mas ubos nga potensyal sa interface. Tungod niini, ang hingpit nga kantidad sa Voc mahimong mas gamay, bisan kung parehas nga intensity sa laser illumination ang gigamit. Ang potensyal sa interface mahimong mas gamay ug mas gamay uban ang dugang nga pagtaas sa temperatura ug moabot sa zero sa Tc0. Walay photovoltaic nga epekto niining espesyal nga punto tungod kay walay internal nga field nga magbulag sa photo-induced electron-hole pairs. Ang polarity reversal sa potensyal mahitabo sa ibabaw niining kritikal nga temperatura tungod kay ang free charge density sa Ag paste mas dako kay sa YBCO nga anam-anam nga gibalhin balik sa usa ka p-type nga materyal. Dinhi gusto namong ipasiugda nga ang polarity reversal sa Voc ug Isc mahitabo dayon human sa zero resistance superconducting transition, bisan unsa pa ang hinungdan sa transisyon. Kini nga obserbasyon tin-aw nga nagpadayag, sa unang higayon, ang correlation tali sa superconductivity ug sa photovoltaic nga mga epekto nga may kalabutan sa potensyal sa interface sa metal-superconductor. Ang kinaiya niini nga potensyal tabok sa superconductor-normal nga metal nga interface nahimong usa ka pagtuon sa panukiduki sa miaging pipila ka mga dekada apan adunay daghang mga pangutana nga naghulat pa nga matubag. Ang pagsukod sa photovoltaic nga epekto mahimong mapamatud-an nga usa ka epektibo nga pamaagi sa pagsuhid sa mga detalye (sama sa kusog niini ug polarity ug uban pa) niining importante nga potensyal ug busa naghatag kahayag sa taas nga temperatura nga superconducting proximity effect.
Ang dugang nga pagtaas sa temperatura gikan sa Tc0 hangtod sa Tc nagdala sa usa ka gamay nga konsentrasyon sa mga pares sa Cooper ug usa ka pagdugang sa potensyal sa interface ug sa ingon mas dako nga Voc. Sa Tc ang konsentrasyon sa pares sa Cooper mahimong zero ug ang potensyal sa pagtukod sa interface moabot sa labing taas, nga moresulta sa labing taas nga Voc ug minimum nga Isc. Ang paspas nga pagtaas sa Voc ug Isc (absolute nga bili) niini nga range sa temperatura katumbas sa superconducting transition nga gipalapdan gikan sa ΔT ~ 3 K ngadto sa ~ 34 K pinaagi sa laser irradiation sa intensity 502 mW/cm2 (Fig. 3b). Sa normal nga mga estado sa ibabaw sa Tc, ang bukas nga sirkito nga boltahe Voc mikunhod uban sa temperatura (ibabaw sa Fig. 3b), susama sa linear nga kinaiya sa Voc alang sa normal nga solar cells base sa pn junctions31,32,33. Bisan kung ang rate sa pagbag-o sa Voc nga adunay temperatura (−dVoc/dT), nga nagdepende pag-ayo sa intensity sa laser, labi ka gamay kaysa sa normal nga mga solar cell, ang coefficient sa temperatura sa Voc alang sa YBCO-Ag junction adunay parehas nga han-ay sa kadako sa kana. sa mga solar cells. Ang leakage nga kasamtangan sa usa ka pn junction alang sa usa ka normal nga solar cell device mosaka uban sa pagtaas sa temperatura, nga mosangpot sa pagkunhod sa Voc samtang ang temperatura mosaka. Ang linear IV nga mga kurba nga naobserbahan alang niining Ag-superconductor nga sistema, tungod sa una sa gamay kaayo nga potensyal sa interface ug ikaduha ang back-to-back nga koneksyon sa duha ka heterojunctions, nagpalisud sa pagtino sa leakage nga kasamtangan. Bisan pa, kini lagmit nga ang parehas nga pagsalig sa temperatura sa leakage nga karon ang responsable sa pamatasan sa Voc nga naobserbahan sa among eksperimento. Sumala sa kahulugan, ang Isc mao ang kasamtangan nga gikinahanglan aron makahimo og negatibo nga boltahe aron mabayran ang Voc aron ang kinatibuk-ang boltahe mao ang zero. Samtang nagkataas ang temperatura, ang Voc mahimong mas gamay aron gamay ra ang gikinahanglan aron mahimo ang negatibo nga boltahe. Dugang pa, ang pagsukol sa YBCO nagdugang linearly sa temperatura sa ibabaw sa Tc (ubos sa Fig. 3b), nga nakatampo usab sa mas gamay nga hingpit nga bili sa Isc sa taas nga temperatura.
Matikdi nga ang mga resulta nga gihatag sa Fig 2,3 nakuha pinaagi sa laser irradiating sa dapit palibot sa cathode electrodes. Gisubli usab ang mga pagsukod nga adunay lugar nga laser nga nakaposisyon sa anode ug parehas nga mga kinaiya sa IV ug mga kabtangan sa photovoltaic naobserbahan gawas nga ang polarity sa Voc ug Isc nabalik sa kini nga kaso. Ang tanan niini nga mga datos nagdala ngadto sa usa ka mekanismo alang sa photovoltaic nga epekto, nga suod nga may kalabutan sa superconductor-metal interface.
Sa katingbanan, ang IV nga mga kinaiya sa laser irradiated superconducting YBCO-Ag paste nga sistema gisukod ingon nga mga gimbuhaton sa temperatura ug intensity sa laser. Talagsaon nga photovoltaic nga epekto ang naobserbahan sa temperatura range gikan sa 50 ngadto sa 300 K. Nakaplagan nga ang photovoltaic mga kabtangan nga may kalabutan sa kusog sa superconductivity sa YBCO ceramics. Ang polarity reversal sa Voc ug Isc mahitabo dayon human sa photo-induced superconducting ngadto sa non-superconducting transition. Ang pagdepende sa temperatura sa Voc ug Isc nga gisukod sa fixed laser intensity nagpakita usab og lahi nga polarity reversal sa usa ka kritikal nga temperatura sa ibabaw diin ang sample nahimong resistive. Pinaagi sa pagpangita sa laser spot sa lain-laing bahin sa sample, atong gipakita nga adunay usa ka elektrikal nga potensyal sa tibuok interface, nga naghatag sa separation force alang sa photo-induced electron-hole pairs. Kini nga potensyal sa interface nagdirekta gikan sa YBCO ngadto sa metal nga electrode kung ang YBCO superconducting ug mobalhin sa atbang nga direksyon kung ang sample mahimong nonsuperconducting. Ang gigikanan sa potensyal mahimong natural nga nalangkit sa kaduol nga epekto sa metal-superconductor interface kung ang YBCO superconducting ug gibanabana nga ~ 10−8 mV sa 50 K nga adunay intensity sa laser nga 502 mW / cm2. Ang kontak sa usa ka p-type nga materyal nga YBCO sa normal nga kahimtang nga adunay usa ka n-type nga materyal Ang Ag-paste nagporma usa ka quasi-pn junction nga responsable sa photovoltaic nga pamatasan sa YBCO nga mga seramik sa taas nga temperatura. Ang mga obserbasyon sa ibabaw naghatag kahayag sa epekto sa PV sa taas nga temperatura nga superconducting YBCO ceramics ug naghatag sa dalan sa mga bag-ong aplikasyon sa optoelectronic nga mga himan sama sa paspas nga passive light detector ug single photon detector.
Ang mga eksperimento sa photovoltaic nga epekto gihimo sa usa ka YBCO ceramic sample nga 0.52 mm ang gibag-on ug 8.64 × 2.26 mm2 rectangular nga porma ug gilamdagan sa padayon nga wave blue-laser (λ = 450 nm) nga adunay laser spot size nga 1.25 mm sa radius. Ang paggamit sa kinabag-an kay sa nipis nga sample sa pelikula makapahimo kanato sa pagtuon sa photovoltaic properties sa superconductor nga dili kinahanglan nga atubangon ang komplikadong impluwensya sa substrate6,7. Dugang pa, ang kinabag-an nga materyal mahimo’g maayo alang sa yano nga pamaagi sa pag-andam ug medyo mubu nga gasto. Ang mga wire nga tumbaga nga lead gihiusa sa sample sa YBCO nga adunay pilak nga paste nga nagporma upat ka lingin nga electrodes nga mga 1 mm ang diyametro. Ang gilay-on tali sa duha ka boltahe nga mga electrodes mga 5 mm. Ang IV nga mga kinaiya sa sample gisukod gamit ang vibration sample magnetometer (VersaLab, Quantum Design) nga adunay quartz crystal nga bintana. Ang standard nga upat ka wire nga pamaagi gigamit aron makuha ang IV curves. Ang mga relatibong posisyon sa mga electrodes ug ang laser spot gipakita sa Fig. 1i.
Giunsa pagkutlo kining artikuloha: Yang, F. et al. Gigikanan sa photovoltaic nga epekto sa superconducting YBa2Cu3O6.96 ceramics. Ang Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Symmetry-gidili nga laser-induced voltages sa YBa2Cu3O7. Phys. Pin. B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Sinugdanan sa anomalous nga photovoltaic signal sa Y-Ba-Cu-O. Phys. Pin. B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Pagsukod sa laser-induced voltages sa superconducting Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Pin. B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, ug uban pa. Ang lumalabay nga mga boltahe nga gipahinabo sa laser sa mga pelikula sa temperatura sa kwarto sa YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Anomalous nga photovoltaic nga tubag sa YBa2Cu3O7. Phys. Pin. B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Photogenerated hole carrier injection sa YBa2Cu3O7−x sa usa ka oxide heterostructure. Appl. Phys. Si Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Pagtuon sa photoemission sa YBa2Cu3Oy nga manipis nga mga pelikula ubos sa kahayag nga kahayag. Phys. Si Rev. Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Photovoltaic nga epekto sa YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3:Nb heterojunction nga annealed sa lain-laing oxygen partial pressure. Mater. Si Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA ug uban pa. Duha ka Gap nga istruktura sa Yb (Y) Ba2Cu3O7-x nga mga kristal. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Quasiparticle relaxation dynamics sa superconductors nga adunay lain-laing gap structures: Teorya ug mga eksperimento sa YBa2Cu3O7-δ. Phys. Pin. B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Pagtul-id sa mga kabtangan sa YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction. Appl. Phys. Si Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Excitonic pagsuyup ug superconductivity sa YBa2Cu3O7-δ. Phys. Si Rev. Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Transient photoinduced conductivity sa semiconducting single crystals sa YBa2Cu3O6.3: pagpangita alang sa photoinduced metallic state ug alang sa photoinduced superconductivity. Solid State Commun. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Tunneling nga modelo sa superconducting proximity effect. Phys. Pin. 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Superconducting proximity effect nga gisusi sa mesoscopic length scale. Phys. Si Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Proximity nga epekto uban sa nocentrosymmetric superconductors. Phys. Pin. B 86, 17514 (2012).
Qu, FM ug uban pa. Kusog nga superconducting proximity nga epekto sa Pb-Bi2Te3 hybrid nga mga istruktura. Ang Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Usa ka bag-ong silicon pn junction photocell alang sa pag-convert sa solar radiation ngadto sa electrical power. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Mga epekto sa kahugawan sa superconducting coherence length sa Zn- o Ni-doped YBa2Cu3O6.9 single crystals. Phys. Pin. B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance sa Untwinned YBa2Cu3Oy single crystals sa usa ka halapad nga matang sa doping: anomalous hole-doping dependence sa coherence length. Phys. Si Rev. Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Systematics sa thermoelectric nga gahum sa high-T, oxides. Phys. Pin. B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Ang carrier-density-dependent nga momentum shift sa coherent peak ug ang LO phonon mode sa p-type nga high-Tc superconductors. Phys. Pin. B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Pagkunhod sa lungag ug pagtipon sa electron sa YBa2Cu3Oy thin films gamit ang electrochemical technique: Ebidensya alang sa n-type nga metallic state. Phys. Pin. B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Ang physics ug chemistry sa Schottky barrier gitas-on. Appl. Phys. Si Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Mga Epekto sa Dynamic External Pair Breaking sa Superconducting Films. Phys. Si Rev. Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Photoinduced nga pagdugang sa superconductivity. Appl. Phys. Si Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Ang padayon nga photoconductivity sa YBa2Cu3O6+x nga mga pelikula isip pamaagi sa photodoping padulong sa metallic ug superconducting nga mga hugna. Phys. Pin. B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Nonlinear lattice dynamics isip basehan alang sa gipalambo nga superconductivity sa YBa2Cu3O6.5. Kinaiyahan 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. et al. Ang superconductivity nga gipahinabo sa kahayag sa usa ka stripe-ordered cuprate. Science 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Ang temperatura functional dependence sa VOC alang sa usa ka solar cell kalabot sa iyang efficiency bag-ong pamaagi. Desalination 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Mga epekto sa temperatura sa Schottky-barrier silicon solar cells. Appl. Phys. Si Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Temperature dependence alang sa photovoltaic device parameters sa polymer-fullerene solar cells ubos sa operating conditions. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Kini nga trabaho gisuportahan sa National Natural Science Foundation sa China (Grant No. 60571063), ang Fundamental Research Projects sa Henan Province, China (Grant No. 122300410231).
Gisulat ni FY ang teksto sa papel ug giandam sa MYH ang sample nga seramik sa YBCO. Gihimo sa FY ug MYH ang eksperimento ug gisusi ang mga resulta. Gipangunahan sa FGC ang proyekto ug ang siyentipikong paghubad sa datos. Gisusi sa tanang tagsulat ang manuskrito.
Kini nga trabaho lisensyado ubos sa Creative Commons Attribution 4.0 International License. Ang mga hulagway o uban pang materyal sa ikatulo nga partido niini nga artikulo gilakip sa lisensya sa Creative Commons sa artikulo, gawas kung gipakita nga lain sa linya sa kredito; kung ang materyal wala gilakip sa ilawom sa lisensya sa Creative Commons, ang mga tiggamit kinahanglan nga makakuha og pagtugot gikan sa naghupot sa lisensya aron makopya ang materyal. Aron makita ang kopya niini nga lisensya, bisitaha ang http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Sinugdanan sa photovoltaic nga epekto sa superconducting YBa2Cu3O6.96 ceramics. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Pinaagi sa pagsumite sa usa ka komento miuyon ka sa pagsunod sa among Mga Termino ug Mga Giya sa Komunidad. Kung makakita ka og butang nga abusado o wala motuman sa among mga termino o mga giya palihug i-flag kini nga dili angay.
Oras sa pag-post: Abr-22-2020