Diolch am ymweld â natur.com. Rydych chi'n defnyddio fersiwn porwr gyda chefnogaeth gyfyngedig i CSS. I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr mwy diweddar (neu ddiffodd modd cydweddoldeb yn Internet Explorer). Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, rydym yn arddangos y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Rydym yn adrodd am effaith ffotofoltäig rhyfeddol mewn cerameg YBa2Cu3O6.96 (YBCO) rhwng 50 a 300 K a achosir gan oleuo laser glas, sy'n uniongyrchol gysylltiedig â superconductivity YBCO a rhyngwyneb electrod metelaidd YBCO. Mae gwrthdroad polaredd ar gyfer y foltedd cylched agored Voc a cherrynt cylched byr Isc pan fydd YBCO yn mynd trwy drawsnewidiad o uwch-ddargludo i gyflwr gwrthiannol. Rydyn ni'n dangos bod potensial trydanol ar draws y rhyngwyneb metel superconductor-normal, sy'n darparu'r grym gwahanu ar gyfer y parau electron-twll a achosir gan ffoto. Mae'r potensial rhyngwyneb hwn yn cyfeirio o YBCO i'r electrod metel pan fydd YBCO yn uwch-ddargludo ac yn newid i'r cyfeiriad arall pan ddaw YBCO yn nonsuperconducting. Mae’n bosibl bod tarddiad y potensial yn hawdd ei gysylltu â’r effaith agosrwydd ar ryngwyneb uwch-ddargludyddion metel pan fydd YBCO yn uwchddargludo ac amcangyfrifir mai ei werth yw ~10–8 mV ar 50 K gyda dwyster laser o 502 mW/cm2. Cyfuniad o ddeunydd math-p YBCO ar gyflwr arferol gyda deunydd math n Mae Ag-paste yn ffurfio cyffordd lled-pn sy'n gyfrifol am ymddygiad ffotofoltäig cerameg YBCO ar dymheredd uchel. Efallai y bydd ein canfyddiadau yn paratoi'r ffordd ar gyfer cymwysiadau newydd o ddyfeisiau ffoton-electronig ac yn taflu goleuni pellach ar yr effaith agosrwydd ar y rhyngwyneb uwch-ddargludyddion-metel.
Mae foltedd a achosir gan ffoto-ddargludyddion tymheredd uchel wedi'i adrodd yn gynnar yn y 1990au ac wedi'i ymchwilio'n helaeth ers hynny, ond mae ei natur a'i fecanwaith yn parhau i fod yn ansefydlog1,2,3,4,5. Mae ffilmiau tenau YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, yn arbennig, yn cael eu hastudio'n ddwys ar ffurf cell ffotofoltäig (PV) oherwydd ei fwlch ynni addasadwy9,10,11,12,13. Fodd bynnag, mae ymwrthedd uchel y swbstrad bob amser yn arwain at effeithlonrwydd trosi isel y ddyfais ac yn cuddio priodweddau ffotofoltaidd sylfaenol YBCO8. Yma rydym yn adrodd am effaith ffotofoltäig rhyfeddol a achosir gan oleuo glas-laser (λ = 450 nm) mewn cerameg YBa2Cu3O6.96 (YBCO) rhwng 50 a 300 K (Tc ~ 90 K). Rydym yn dangos bod yr effaith PV yn uniongyrchol gysylltiedig â superconductivity YBCO a natur y rhyngwyneb electrod metelaidd YBCO. Mae gwrthdroad polaredd ar gyfer y foltedd cylched agored Voc a cherrynt cylched byr Isc pan fydd YBCO yn mynd trwy gyfnod pontio o gyfnod uwchddargludo i gyflwr gwrthiannol. Cynigir bod potensial trydanol ar draws y rhyngwyneb metel superconductor-normal, sy'n darparu'r grym gwahanu ar gyfer y parau electron-twll a achosir gan ffoto. Mae'r potensial rhyngwyneb hwn yn cyfeirio o YBCO i'r electrod metel pan fydd YBCO yn uwch-ddargludo ac yn newid i'r cyfeiriad arall pan ddaw'r sampl yn nonsuperconducting. Gall tarddiad y potensial fod yn gysylltiedig yn naturiol â'r effaith agosrwydd14,15,16,17 ar ryngwyneb uwch-ddargludyddion metel pan fo YBCO yn uwchddargludo ac amcangyfrifir mai ei werth yw ~10−8 mV ar 50 K gyda dwyster laser o 502 mW. /cm2. Cyfuniad o ddeunydd p-math YBCO ar gyflwr arferol gyda deunydd n-fath Mae Ag-paste yn ffurfio, yn fwyaf tebygol, cyffordd lled-pn sy'n gyfrifol am ymddygiad PV cerameg YBCO ar dymheredd uchel. Mae ein harsylwadau yn taflu goleuni pellach ar darddiad effaith PV mewn cerameg YBCO uwch-ddargludo tymheredd uchel ac yn paratoi'r ffordd ar gyfer ei gymhwyso mewn dyfeisiau optoelectroneg fel synhwyrydd golau goddefol cyflym ac ati.
Mae Ffigur 1a–c yn dangos bod nodweddion IV sampl seramig YBCO yn 50 K. Heb oleuo golau, mae'r foltedd ar draws y sampl yn aros ar sero gyda cherrynt cyfnewidiol, fel y gellir ei ddisgwyl gan ddeunydd uwchddargludo. Mae effaith ffotofoltäig amlwg yn ymddangos pan fydd pelydr laser yn cael ei gyfeirio at gatod (Ffig. 1a): mae'r cromliniau IV sy'n gyfochrog â'r echel I yn symud i lawr gyda dwyster laser cynyddol. Mae'n amlwg bod yna foltedd negyddol a achosir gan ffoto hyd yn oed heb unrhyw gerrynt (a elwir yn aml yn foltedd cylched agored Voc). Mae llethr sero y gromlin IV yn dangos bod y sampl yn dal i fod yn uwch-ddargludol o dan olau laser.
(a–c) a 300 K (e–g). Cafwyd gwerthoedd V(I) trwy ysgubo'r cerrynt o −10 mA i +10 mA mewn gwactod. Dim ond rhan o'r data arbrofol a gyflwynir er mwyn eglurder. a, Nodweddion foltedd-cerrynt YBCO wedi'u mesur gyda sbot laser wedi'i leoli yn y catod (i). Mae'r holl gromliniau IV yn llinellau syth llorweddol sy'n dangos bod y sampl yn dal i fod yn uwch-ddargludol gydag arbelydru laser. Mae'r gromlin yn symud i lawr gyda dwyster laser cynyddol, sy'n dangos bod potensial negyddol (Voc) rhwng y ddwy wifren foltedd hyd yn oed gyda sero cerrynt. Nid yw'r cromliniau IV yn newid pan gyfeirir y laser at ganol y sampl ar ether 50 K(b) neu 300 K(f). Mae'r llinell lorweddol yn symud i fyny wrth i'r anod gael ei oleuo (c). Dangosir model sgematig o gyffordd uwch-ddargludydd metel ar 50 K yn d. Rhoddir nodweddion cerrynt-foltedd cyflwr arferol YBCO ar 300 K wedi'i fesur â thrawst laser wedi'i bwyntio at gatod ac anod yn e ac g yn y drefn honno. Mewn cyferbyniad â'r canlyniadau ar 50 K, mae llethr di-sero y llinellau syth yn dangos bod YBCO mewn cyflwr normal; mae gwerthoedd Voc yn amrywio gyda dwyster golau i gyfeiriad arall, gan ddangos mecanwaith gwahanu gwefr gwahanol. Mae strwythur rhyngwyneb posibl ar 300 K wedi'i ddarlunio yn hj Y darlun go iawn o'r sampl gyda gwifrau.
Gall YBCO llawn ocsigen mewn cyflwr uwch-ddargludol amsugno sbectrwm bron yn llawn o olau'r haul oherwydd ei fwlch egni bach iawn (Ee)9,10, gan greu parau tyllau electronau (e–h). I gynhyrchu Voc foltedd cylched agored trwy amsugno ffotonau, mae angen gwahanu parau eh a gynhyrchir gan luniau yn ofodol cyn ailgyfuno18. Mae'r Voc negatif, o'i gymharu â'r catod a'r anod fel y nodir yn Ffig. 1i, yn awgrymu bod potensial trydanol ar draws y rhyngwyneb metel-superconductor, sy'n ysgubo'r electronau i'r anod a thyllau i'r catod. Os yw hyn yn wir, dylai fod pwyntio posibl hefyd o uwch-ddargludydd i'r electrod metel ar anod. O ganlyniad, byddai Voc positif yn cael ei sicrhau os yw'r ardal sampl ger yr anod wedi'i goleuo. Ar ben hynny, ni ddylai fod unrhyw folteddau a achosir gan luniau pan fydd y smotyn laser yn cael ei bwyntio at ardaloedd ymhell o'r electrodau. Mae hyn yn sicr yn wir fel y gwelir o Ffig. 1b,c!.
Pan fydd y fan a'r lle golau yn symud o'r electrod catod i ganol y sampl (tua 1.25 mm ar wahân i'r rhyngwynebau), ni ellir arsylwi unrhyw amrywiad o gromliniau IV a dim Voc gyda dwyster laser cynyddol i'r gwerth mwyaf sydd ar gael (Ffig. 1b) . Yn naturiol, gellir priodoli'r canlyniad hwn i oes gyfyngedig cludwyr a achosir gan ffoto a'r diffyg grym gwahanu yn y sampl. Gellir creu parau tyllau electron pryd bynnag y caiff y sampl ei goleuo, ond bydd y rhan fwyaf o'r parau e-h yn cael eu dinistrio ac ni welir unrhyw effaith ffotofoltäig os yw'r sbot laser yn disgyn ar ardaloedd ymhell i ffwrdd o unrhyw un o'r electrodau. Gan symud y sbot laser i'r electrodau anod, mae'r cromliniau IV yn gyfochrog â'r echel I yn symud i fyny gyda dwyster laser cynyddol (Ffig. 1c). Mae maes trydanol adeiledig tebyg yn bodoli yn y gyffordd uwch-ddargludyddion metel yn yr anod. Fodd bynnag, mae'r electrod metelaidd yn cysylltu â phlwm positif y system brawf y tro hwn. Mae'r tyllau a gynhyrchir gan y laser yn cael eu gwthio i'r plwm anod ac felly gwelir Voc positif. Mae'r canlyniadau a gyflwynir yma yn darparu tystiolaeth gref bod yna wir botensial rhyngwyneb pwyntio o'r uwch-ddargludydd i'r electrod metel.
Dangosir effaith ffotofoltäig mewn cerameg YBa2Cu3O6.96 ar 300 K yn Ffig. 1e–g. Heb oleuo ysgafn, mae cromlin IV y sampl yn llinell syth sy'n croesi'r tarddiad. Mae'r llinell syth hon yn symud i fyny yn gyfochrog â'r un wreiddiol gyda dwyster laser cynyddol yn arbelydru wrth y gwifrau catod (Ffig. 1e). Mae dau achos o ddiddordeb cyfyngol ar gyfer dyfais ffotofoltäig. Mae'r cyflwr cylched byr yn digwydd pan fo V = 0. Cyfeirir at y cerrynt yn yr achos hwn fel y cerrynt cylched byr (Isc). Yr ail achos cyfyngu yw'r cyflwr cylched agored (Voc) sy'n digwydd pan fo R→∞ neu'r cerrynt yn sero. Mae Ffigur 1e yn dangos yn glir bod Voc yn bositif ac yn cynyddu gyda dwyster golau cynyddol, mewn cyferbyniad â'r canlyniad a gafwyd ar 50 K; tra bod Isc negyddol yn cael ei arsylwi i gynyddu mewn maint gyda goleuo golau, ymddygiad nodweddiadol o gelloedd solar arferol.
Yn yr un modd, pan fydd y pelydr laser yn cael ei bwyntio at ardaloedd ymhell oddi wrth yr electrodau, mae'r gromlin V(I) yn annibynnol ar ddwysedd y laser ac nid oes unrhyw effaith ffotofoltäig i'w gweld (Ffig. 1f). Yn debyg i'r mesuriad ar 50 K, mae'r cromliniau IV yn symud i'r cyfeiriad arall wrth i'r electrod anod gael ei arbelydru (Ffig. 1g). Mae'r holl ganlyniadau hyn a gafwyd ar gyfer y system past YBCO-Ag hon ar 300 K gyda laser wedi'i arbelydru mewn gwahanol safleoedd o'r sampl yn gyson â photensial rhyngwyneb gyferbyn â'r hyn a welwyd ar 50 K.
Mae'r rhan fwyaf o electronau'n cyddwyso mewn parau Cooper mewn YBCO uwch-ddargludol o dan ei dymheredd trosiannol Tc. Tra yn yr electrod metel, mae'r holl electronau yn aros mewn ffurf unigol. Mae graddiant dwysedd mawr ar gyfer electronau unigol a pharau Cooper yng nghyffiniau'r rhyngwyneb metel-superconductor. Bydd electronau unigol sy'n cludo mwyafrif mewn deunydd metelaidd yn ymledu i'r rhanbarth uwch-ddargludyddion, tra bydd parau Cooper-cludwr mwyafrif yn rhanbarth YBCO yn ymledu i'r rhanbarth metel. Wrth i barau Cooper sy'n cario mwy o wefrau a symudedd mwy nag electronau unigol ymledu o YBCO i ranbarth metelaidd, mae atomau â gwefr bositif yn cael eu gadael ar ôl, gan arwain at faes trydan yn y rhanbarth gwefr gofod. Dangosir cyfeiriad y maes trydan hwn yn y diagram sgematig Ffig. 1ch. Gall goleuo ffoton digwyddiad ger y rhanbarth tâl gofod greu eh parau a fydd yn cael eu gwahanu a'u hysgubo allan gan gynhyrchu ffotocerrynt i'r cyfeiriad gwrth-duedd. Cyn gynted ag y bydd yr electronau'n mynd allan o'r maes trydanol adeiladu i mewn, maent yn cael eu cyddwyso'n barau ac yn llifo i'r electrod arall heb wrthiant. Yn yr achos hwn, mae'r Voc gyferbyn â'r polaredd a osodwyd ymlaen llaw ac yn dangos gwerth negyddol pan fydd y trawst laser yn pwyntio i'r ardal o amgylch yr electrod negyddol. O werth Voc, gellir amcangyfrif y potensial ar draws y rhyngwyneb: y pellter rhwng y ddwy wifren foltedd d yw ~5 × 10−3 m, dylai trwch y rhyngwyneb metel-superconductor, di, fod yr un drefn maint. fel hyd cydlyniad uwch-ddargludydd YBCO (~ 1 nm) 19,20, cymerwch werth Voc = 0.03 mV, y Vms potensial ar y rhyngwyneb uwch-ddargludyddion metel yw wedi'i werthuso i fod yn ~10−11 V ar 50 K gyda dwyster laser o 502 mW/cm2, gan ddefnyddio hafaliad,
Rydym am bwysleisio yma na all y foltedd a achosir gan lun gael ei esbonio gan effaith thermol llun. Mae wedi'i sefydlu'n arbrofol mai cyfernod Seebeck uwch-ddargludydd YBCO yw Ss = 021. Mae cyfernod Seebeck ar gyfer gwifrau plwm copr yn yr ystod SCu = 0.34–1.15 μV/K3. Gall tymheredd y wifren gopr yn y fan a'r lle laser gael ei godi ychydig bach o 0.06 K gyda dwyster laser uchaf ar gael ar 50 K. Gallai hyn gynhyrchu potensial thermodrydanol o 6.9 × 10−8 V, sef tri gorchymyn maint llai na y Voc a geir yn Ffig 1 (a). Mae'n amlwg bod effaith thermodrydanol yn rhy fach i egluro'r canlyniadau arbrofol. Mewn gwirionedd, byddai'r amrywiad tymheredd oherwydd arbelydru laser yn diflannu mewn llai nag un munud fel y gellir anwybyddu'r cyfraniad o effaith thermol yn ddiogel.
Mae'r effaith ffotofoltäig hon o YBCO ar dymheredd ystafell yn datgelu bod mecanwaith gwahanu tâl gwahanol yn gysylltiedig â hyn. Mae superconducting YBCO mewn cyflwr arferol yn ddeunydd math-p gyda thyllau fel cludwr tâl22,23, tra bod gan Ag-past metelaidd nodweddion deunydd math n. Yn debyg i gyffyrdd pn, bydd trylediad electronau yn y past arian a thyllau mewn cerameg YBCO yn ffurfio maes trydanol mewnol sy'n pwyntio at y ceramig YBCO yn y rhyngwyneb (Ffig. 1h). Y maes mewnol hwn sy'n darparu'r grym gwahanu ac yn arwain at Voc positif a Isc negyddol ar gyfer system past YBCO-Ag ar dymheredd ystafell, fel y dangosir yn Ffig. 1e. Fel arall, gallai Ag-YBCO ffurfio cyffordd Schottky math-p sydd hefyd yn arwain at botensial rhyngwyneb gyda'r un polaredd ag yn y model a gyflwynir uchod24.
Er mwyn ymchwilio i'r broses esblygiad manwl o'r eiddo ffotofoltäig yn ystod trawsnewidiad superconducting o YBCO, mesurwyd cromliniau IV y sampl yn 80 K gyda dwyster laser dethol yn goleuo ar electrod catod (Ffig. 2). Heb arbelydru laser, mae'r foltedd ar draws y sampl yn cadw ar sero waeth beth fo'r cerrynt, sy'n dangos bod cyflwr uwchddargludo'r sampl yn 80 K (Ffig. 2a). Yn debyg i'r data a gafwyd ar 50 K, mae cromliniau IV sy'n gyfochrog â'r echel I yn symud i lawr gyda dwyster laser cynyddol nes cyrraedd gwerth critigol Pc. Uwchben y dwysedd laser critigol hwn (Pc), mae'r uwch-ddargludydd yn cael ei drawsnewid o gyfnod uwch-ddargludo i gyfnod gwrthiannol; mae'r foltedd yn dechrau cynyddu gyda cherrynt oherwydd ymddangosiad gwrthiant yn yr uwch-ddargludydd. O ganlyniad, mae'r gromlin IV yn dechrau croestorri â'r echel I a'r echelin V sy'n arwain at Voc negyddol ac Isc positif ar y dechrau. Nawr mae'n ymddangos bod y sampl mewn cyflwr arbennig lle mae polaredd Voc ac Isc yn hynod sensitif i arddwysedd golau; gyda chynnydd bach iawn mewn dwyster golau Mae Isc yn cael ei drawsnewid o gadarnhaol i negyddol a Voc o negyddol i werth cadarnhaol, gan basio'r tarddiad (gellir gweld sensitifrwydd uchel eiddo ffotofoltäig, yn enwedig gwerth Isc, i oleuo golau yn gliriach yn Ffig. 2b). Ar y dwysedd laser uchaf sydd ar gael, mae'r cromliniau IV yn bwriadu bod yn gyfochrog â'i gilydd, gan nodi cyflwr arferol sampl YBCO.
Mae'r ganolfan sbot laser wedi'i lleoli o amgylch yr electrodau catod (gweler Ffig. 1i). a, cromliniau IV o YBCO arbelydru â gwahanol ddwyster laser. b (brig), Dibyniaeth dwysedd Laser o foltedd cylched agored Voc a cylched byr cyfredol Isc. Ni ellir cael y gwerthoedd Ic ar arddwysedd golau isel (< 110 mW/cm2) oherwydd bod y cromliniau IV yn gyfochrog â'r echel I pan fo'r sampl mewn cyflwr dargludo uwch. b (gwaelod), ymwrthedd gwahaniaethol fel swyddogaeth o ddwysedd laser.
Dangosir dibyniaeth dwyster laser Voc ac Isc ar 80 K yn Ffig. 2b (top). Gellir trafod yr eiddo ffotofoltäig mewn tri rhanbarth o arddwysedd golau. Mae'r rhanbarth cyntaf rhwng 0 a Pc, lle mae YBCO yn uwch-ddargludo, mae Voc yn negyddol ac yn gostwng (cynnydd gwerth absoliwt) gyda dwyster golau ac yn cyrraedd isafswm ar Pc. Mae'r ail ranbarth o Pc i ddwysedd critigol P0 arall, lle mae Voc yn cynyddu tra bod Isc yn lleihau gyda dwyster golau cynyddol ac mae'r ddau yn cyrraedd sero ar P0. Mae'r trydydd rhanbarth yn uwch na P0 nes cyrraedd cyflwr arferol YBCO. Er bod Voc ac Isc yn amrywio yn ôl dwyster golau yn yr un ffordd ag yn rhanbarth 2, mae ganddynt bolaredd dirgroes uwchlaw'r dwyster critigol P0. Mae arwyddocâd P0 yn gorwedd yn y ffaith nad oes unrhyw effaith ffotofoltäig ac mae'r mecanwaith gwahanu gwefr yn newid yn ansoddol ar y pwynt penodol hwn. Nid yw sampl YBCO yn uwch-ddargludol yn yr ystod hon o arddwysedd golau ond nid yw'r cyflwr arferol wedi'i gyrraedd eto.
Yn amlwg, mae nodweddion ffotofoltäig y system yn perthyn yn agos i uwch-ddargludedd YBCO a'i drawsnewidiad uwch-ddargludol. Dangosir gwrthiant gwahaniaethol, dV/dI, YBCO yn Ffig. 2b (gwaelod) fel ffwythiant o arddwysedd laser. Fel y soniwyd o'r blaen, mae potensial trydan adeiladu yn y rhyngwyneb oherwydd pwyntiau trylediad pâr Cooper o'r superconductor i fetel. Yn debyg i'r hyn a welwyd ar 50 K, mae effaith ffotofoltäig yn cael ei wella gyda dwyster laser cynyddol o 0 i Pc. Pan fydd y dwysedd laser yn cyrraedd gwerth ychydig yn uwch na Pc, mae'r gromlin IV yn dechrau gogwyddo ac mae gwrthiant y sampl yn dechrau ymddangos, ond nid yw polaredd potensial y rhyngwyneb wedi'i newid eto. Ymchwiliwyd i effaith cyffro optegol ar yr uwch-ddargludedd yn y rhanbarth gweladwy neu ger-IR. Er mai'r broses sylfaenol yw torri'r parau Cooper a dinistrio'r uwch-ddargludedd25,26, mewn rhai achosion gellir gwella'r trawsnewidiad uwchddargludedd27,28,29, gellir hyd yn oed ysgogi cyfnodau newydd o uwchddargludedd30. Gellir priodoli absenoldeb uwch-ddargludedd yn PC i'r toriad pâr a achosir gan lun. Ar y pwynt P0, mae'r potensial ar draws y rhyngwyneb yn dod yn sero, sy'n dangos bod y dwysedd gwefr ar ddwy ochr y rhyngwyneb yn cyrraedd yr un lefel o dan y dwysedd goleuo golau penodol hwn. Mae cynnydd pellach mewn dwyster laser yn arwain at ddinistrio mwy o barau Cooper a chaiff YBCO ei drawsnewid yn raddol yn ôl i ddeunydd math-p. Yn lle trylediad pâr electron a Cooper, mae nodwedd y rhyngwyneb bellach yn cael ei bennu gan drylediad electronau a thyllau sy'n arwain at wrthdroi polaredd y maes trydanol yn y rhyngwyneb ac o ganlyniad Voc positif (cymharer Ffig.1d,h). Ar ddwysedd laser uchel iawn, mae gwrthiant gwahaniaethol YBCO yn dirlawn i werth sy'n cyfateb i'r cyflwr arferol ac mae Voc ac Isc yn tueddu i amrywio'n llinol gyda dwyster laser (Ffig. 2b). Mae'r arsylwad hwn yn datgelu na fydd arbelydru laser ar gyflwr arferol YBCO bellach yn newid ei wrthedd a nodwedd y rhyngwyneb uwch-ddargludyddion-metel ond dim ond yn cynyddu crynodiad y parau electron-twll.
Er mwyn ymchwilio i effaith tymheredd ar y priodweddau ffotofoltäig, cafodd y system uwch-ddargludyddion metel ei arbelydru yn y catod gyda laser glas dwyster 502 mW/cm2. Rhoddir cromliniau IV a gafwyd ar dymereddau dethol rhwng 50 a 300 K yn Ffig. 3a. Yna gellir cael foltedd cylched agored Voc, cerrynt cylched byr Isc a'r gwrthiant gwahaniaethol o'r cromliniau IV hyn ac fe'u dangosir yn Ffig. 3b. Heb olau golau, mae'r holl gromliniau IV a fesurir ar wahanol dymereddau yn pasio'r tarddiad yn ôl y disgwyl (mewnosodiad Ffig. 3a). Mae'r nodweddion IV yn newid yn sylweddol gyda thymheredd cynyddol pan fydd y system yn cael ei goleuo gan pelydr laser cymharol gryf (502 mW / cm2). Ar dymheredd isel mae'r cromliniau IV yn llinellau syth yn gyfochrog â'r echel I gyda gwerthoedd negatif Voc. Mae'r gromlin hon yn symud i fyny gyda thymheredd cynyddol ac yn raddol mae'n troi'n llinell â llethr nonzero ar dymheredd critigol Tcp (Ffig. 3a (top)). Mae'n ymddangos bod yr holl gromliniau nodweddiadol IV yn cylchdroi o amgylch pwynt yn y trydydd cwadrant. Mae Voc yn cynyddu o werth negyddol i werth positif tra bod Isc yn gostwng o werth positif i werth negyddol. Uwchben y tymheredd trosiannol uwchddargludol gwreiddiol Tc o YBCO, mae'r gromlin IV yn newid braidd yn wahanol gyda thymheredd (gwaelod Ffig. 3a). Yn gyntaf, mae canol cylchdroi'r cromliniau IV yn symud i'r cwadrant cyntaf. Yn ail, mae Voc yn dal i ostwng ac Isc yn cynyddu gyda thymheredd cynyddol (top Ffig. 3b). Yn drydydd, mae llethr y cromliniau IV yn cynyddu'n llinol gyda thymheredd gan arwain at gyfernod gwrthiant tymheredd positif ar gyfer YBCO (gwaelod Ffig. 3b).
Dibyniaeth tymheredd nodweddion ffotofoltäig ar gyfer system past YBCO-Ag o dan oleuo laser 502 mW / cm2.
Mae'r ganolfan sbot laser wedi'i lleoli o amgylch yr electrodau catod (gweler Ffig. 1i). a, cromliniau IV a gafwyd o 50 i 90 K (brig) ac o 100 i 300 K (gwaelod) gyda chynyddiad tymheredd o 5 K a 20 K, yn y drefn honno. Mae mewnosod a yn dangos nodweddion IV ar sawl tymheredd yn y tywyllwch. Mae pob cromlin yn croesi'r man cychwyn. b, foltedd cylched agored Voc a cherrynt cylched byr Isc (top) a gwrthiant gwahaniaethol, dV/dI, YBCO (gwaelod) fel swyddogaeth tymheredd. Ni roddir y gwrthiant sero superconducting tymheredd pontio Tcp oherwydd ei fod yn rhy agos at Tc0.
Gellir adnabod tri thymheredd critigol o Ffig. 3b: Tcp, lle mae YBCO yn dod yn anuwch-ddargludol; Tc0, lle mae Voc ac Isc yn dod yn sero a Tc, y tymheredd trosglwyddo uwch-ddargludo gwreiddiol o YBCO heb arbelydru laser. Islaw Tcp ~ 55 K, mae'r YBCO wedi'i arbelydru â laser mewn cyflwr superconducting gyda chrynodiad cymharol uchel o barau Cooper. Effaith arbelydru laser yw lleihau'r gwrthiant sero tymheredd trawsnewid uwchddargludo o 89 K i ~55 K (gwaelod Ffigur 3b) trwy leihau crynodiad y pâr Cooper yn ogystal â chynhyrchu foltedd a cherrynt ffotofoltäig. Mae tymheredd cynyddol hefyd yn torri i lawr y parau Cooper gan arwain at botensial is yn y rhyngwyneb. O ganlyniad, bydd gwerth absoliwt Voc yn dod yn llai, er bod yr un dwyster o oleuo laser yn cael ei gymhwyso. Bydd potensial y rhyngwyneb yn dod yn llai ac yn llai gyda chynnydd pellach yn y tymheredd ac yn cyrraedd sero ar Tc0. Nid oes unrhyw effaith ffotofoltäig ar y pwynt arbennig hwn oherwydd nid oes maes mewnol i wahanu'r parau electron-twll a achosir gan ffoto. Mae gwrthdroad polaredd o'r potensial yn digwydd uwchlaw'r tymheredd critigol hwn gan fod y dwysedd tâl rhydd yn Ag past yn fwy na'r un yn YBCO sy'n cael ei drosglwyddo'n raddol yn ôl i ddeunydd math-p. Yma rydym am bwysleisio bod y gwrthdroad polaredd o Voc ac Isc yn digwydd yn syth ar ôl y cyfnod pontio sero superconducting ymwrthedd, waeth beth yw achos y cyfnod pontio. Mae'r arsylwi hwn yn datgelu'n glir, am y tro cyntaf, y gydberthynas rhwng uwchddargludedd a'r effeithiau ffotofoltäig sy'n gysylltiedig â photensial rhyngwyneb uwch-ddargludyddion metel. Mae natur y potensial hwn ar draws y rhyngwyneb metel superconductor-normal wedi bod yn ffocws ymchwil am y degawdau diwethaf ond mae llawer o gwestiynau yn aros i'w hateb. Gall mesur yr effaith ffotofoltäig fod yn ddull effeithiol o archwilio manylion (fel ei gryfder a'i bolaredd ac ati) y potensial pwysig hwn a thrwy hynny daflu goleuni ar yr effaith agosrwydd uwch-ddargludo tymheredd uchel.
Mae cynnydd pellach yn y tymheredd o Tc0 i Tc yn arwain at grynodiad llai o barau Cooper a gwelliant ym mhotensial y rhyngwyneb ac o ganlyniad Voc mwy. Yn Tc mae crynodiad y pâr Cooper yn dod yn sero ac mae'r potensial adeiladu i mewn yn y rhyngwyneb yn cyrraedd uchafswm, gan arwain at uchafswm Voc ac isafswm Isc. Mae'r cynnydd cyflym mewn Voc ac Isc (gwerth absoliwt) yn yr amrediad tymheredd hwn yn cyfateb i'r trawsnewidiad uwchddargludol sy'n cael ei ehangu o ΔT ~ 3 K i ~34 K trwy arbelydru laser o ddwyster 502 mW/cm2 (Ffig. 3b). Yn y taleithiau arferol uwchben Tc, mae'r foltedd cylched agored Voc yn gostwng gyda thymheredd (top Ffig. 3b), yn debyg i ymddygiad llinellol Voc ar gyfer celloedd solar arferol yn seiliedig ar gyffyrdd pn31,32,33. Er bod cyfradd newid Voc gyda thymheredd (−dVoc/dT), sy'n dibynnu'n gryf ar ddwysedd laser, yn llawer llai na chyfradd celloedd solar arferol, mae gan gyfernod tymheredd Voc ar gyfer cyffordd YBCO-Ag yr un drefn maint â hynny. o'r celloedd solar. Mae cerrynt gollyngiadau cyffordd pn ar gyfer dyfais celloedd solar arferol yn cynyddu gyda thymheredd cynyddol, gan arwain at ostyngiad yn Voc wrth i'r tymheredd gynyddu. Mae'r cromliniau IV llinellol a welwyd ar gyfer y system Ag-superconductor hon, oherwydd yn gyntaf y potensial rhyngwyneb bach iawn ac yn ail y cysylltiad cefn wrth gefn y ddau heterojunctions, yn ei gwneud hi'n anodd pennu'r cerrynt gollyngiadau. Serch hynny, mae'n debygol iawn mai'r un ddibyniaeth tymheredd o gerrynt gollyngiadau sy'n gyfrifol am yr ymddygiad Voc a welwyd yn ein harbrawf. Yn ôl y diffiniad, Isc yw'r cerrynt sydd ei angen i gynhyrchu foltedd negyddol i wneud iawn am Voc fel bod cyfanswm y foltedd yn sero. Wrth i'r tymheredd gynyddu, mae Voc yn mynd yn llai fel bod angen llai o gerrynt i gynhyrchu'r foltedd negyddol. Ar ben hynny, mae gwrthiant YBCO yn cynyddu'n llinol gyda thymheredd uwchlaw Tc (gwaelod Ffig. 3b), sydd hefyd yn cyfrannu at werth absoliwt llai Isc ar dymheredd uchel.
Sylwch fod y canlyniadau a roddir yn Ffigurau 2,3 i'w cael trwy arbelydru laser yn yr ardal o amgylch electrodau catod. Mae mesuriadau hefyd wedi'u hailadrodd gyda sbot laser wedi'i leoli ar anod a gwelwyd nodweddion IV tebyg a phriodweddau ffotofoltäig ac eithrio bod polaredd Voc ac Isc wedi'i wrthdroi yn yr achos hwn. Mae'r holl ddata hyn yn arwain at fecanwaith ar gyfer yr effaith ffotofoltäig, sydd â chysylltiad agos â'r rhyngwyneb superconductor-metel.
I grynhoi, mae nodweddion IV system past superconducting YBCO-Ag arbelydredig laser wedi'u mesur fel swyddogaethau tymheredd a dwyster laser. Gwelwyd effaith ffotofoltäig hynod yn yr ystod tymheredd o 50 i 300 K. Canfyddir bod yr eiddo ffotofoltäig yn cydberthyn yn gryf â superconductivity cerameg YBCO. Mae gwrthdroad polaredd o Voc ac Isc yn digwydd yn syth ar ôl y trawsnewidiad uwchddargludol a achosir gan lun i bontio nad yw'n uwchddargludo. Mae dibyniaeth tymheredd Voc ac Isc a fesurir ar ddwysedd laser sefydlog hefyd yn dangos gwrthdroad polaredd amlwg ar dymheredd critigol lle mae'r sampl yn dod yn wrthiannol. Trwy leoli'r smotyn laser i wahanol rannau o'r sampl, rydym yn dangos bod potensial trydanol ar draws y rhyngwyneb, sy'n darparu'r grym gwahanu ar gyfer y parau electron-tyllau a achosir gan ffoto. Mae'r potensial rhyngwyneb hwn yn cyfeirio o YBCO i'r electrod metel pan fydd YBCO yn uwch-ddargludo ac yn newid i'r cyfeiriad arall pan ddaw'r sampl yn nonsuperconducting. Gall tarddiad y potensial fod yn gysylltiedig yn naturiol â'r effaith agosrwydd ar ryngwyneb uwch-ddargludyddion metel pan fydd YBCO yn uwchddargludo ac amcangyfrifir ei fod yn ~10−8 mV ar 50 K gyda dwyster laser o 502 mW/cm2. Cyswllt deunydd math-p YBCO ar gyflwr arferol gyda deunydd math n Mae Ag-paste yn ffurfio cyffordd lled-pn sy'n gyfrifol am ymddygiad ffotofoltäig cerameg YBCO ar dymheredd uchel. Mae'r arsylwadau uchod yn taflu goleuni ar yr effaith PV mewn cerameg YBCO uwch-ddargludo tymheredd uchel ac yn paratoi'r ffordd i gymwysiadau newydd mewn dyfeisiau optoelectroneg fel synhwyrydd golau goddefol cyflym a synhwyrydd ffoton sengl.
Perfformiwyd yr arbrofion effaith ffotofoltäig ar sampl ceramig YBCO o drwch 0.52 mm a siâp hirsgwar 8.64 × 2.26 mm2 a'i oleuo gan laser glas tonnau parhaus (λ = 450 nm) gyda maint sbot laser o 1.25 mm mewn radiws. Mae defnyddio sampl swmp yn hytrach na sampl ffilm denau yn ein galluogi i astudio priodweddau ffotofoltäig yr uwch-ddargludydd heb orfod delio â dylanwad cymhleth yr is-haen6,7. At hynny, gallai'r deunydd swmp fod yn ffafriol ar gyfer ei weithdrefn baratoi syml a chost gymharol isel. Mae'r gwifrau plwm copr wedi'u cydlynu ar sampl YBCO gyda phast arian yn ffurfio pedwar electrod crwn tua 1 mm mewn diamedr. Mae'r pellter rhwng y ddau electrod foltedd tua 5 mm. Mesurwyd nodweddion IV y sampl gan ddefnyddio'r magnetomedr sampl dirgryniad (VersaLab, Quantum Design) gyda ffenestr grisial cwarts. Defnyddiwyd dull pedair gwifren safonol i gael y cromliniau IV. Dangosir safleoedd cymharol electrodau a'r smotyn laser yn Ffig. 1i.
Sut i ddyfynnu'r erthygl hon: Yang, F. et al. Tarddiad effaith ffotofoltäig mewn serameg superconducting YBa2Cu3O6.96. Sci. Cyf 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Cymesuredd-gwaharddedig folteddau a achosir gan laser yn YBa2Cu3O7 . Phys. Parch B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Tarddiad y signal ffotofoltäig afreolaidd yn Y-Ba-Cu-O. Phys. Parch B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Mesur folteddau a achosir gan laser o uwchddargludo Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Parch B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Folteddau dros dro a achosir gan laser mewn ffilmiau tymheredd ystafell o YBa2Cu3O7-x . J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Ymateb ffotofoltäig afreolaidd yn YBa2Cu3O7 . Phys. Parch B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Chwistrelliad cludwr twll ffotogenerated i YBa2Cu3O7−x mewn heterostructure ocsid. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Astudiaeth ffoto-allyriad o ffilmiau tenau YBa2Cu3Oy dan olau golau. Phys. Y Parch Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Effaith ffotofoltäig YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction anelio mewn gwasgedd rhannol ocsigen gwahanol. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Mae Aminov, BA et al. Strwythur dau fwlch mewn crisialau sengl Yb(Y) Ba2Cu3O7-x. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. deinameg ymlacio Quasiparticle mewn uwch-ddargludyddion gyda strwythurau bwlch gwahanol: Theori ac arbrofion ar YBa2Cu3O7-δ. Phys. Parch B 59, 1497–1506 (1999).
Haul, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ a Shen, BG Cywiro priodweddau YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Amsugno excitonic a superconductivity yn YBa2Cu3O7-δ. Phys. Y Parch Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Dargludedd ffoto-ysgogedig dros dro mewn crisialau sengl lled-ddargludol o YBa2Cu3O6.3: chwilio am gyflwr metelaidd ffoto-anwythol ac am uwch-ddargludedd ffoto-anwythol. Cymmun Wladwriaeth Solet. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Model Twnelu o'r effaith agosrwydd superconducting. Phys. Dat. 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Effaith agosrwydd uwchddargludol wedi'i archwilio ar raddfa hyd mesosgopig. Phys. Y Parch Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Effaith agosrwydd ag uwch-ddargludyddion noncentrosometric. Phys. Parch B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Effaith agosrwydd superconducting cryf mewn strwythurau hybrid Pb-Bi2Te3. Sci. Sylw 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS a Pearson, GL Ffotogell cyffordd pn silicon newydd ar gyfer trosi ymbelydredd solar yn bŵer trydanol. J. Ap. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Effeithiau amhuredd ar hyd cydlyniad superconducting mewn crisialau sengl Zn- neu Ni-doped YBa2Cu3O6.9. Phys. Parch B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance o Untwinned YBa2Cu3Oy grisialau sengl mewn ystod eang o dopio: afreolaidd twll-dopio dibyniaeth y hyd cydlyniad. Phys. Y Parch Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD a Cooper, JR Systematics ym mhŵer thermodrydanol ocsidau uchel-T. Phys. Parch B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Symud momentwm cludwr-dwysedd-ddibynnol y brig cydlynol a'r modd phonon LO mewn uwch-ddargludyddion p-math-Tc uchel. Phys. Parch B 68, 184504 (2003).
Mae Nojima, T. et al. Lleihau twll a chronni electronau mewn ffilmiau tenau YBa2Cu3Oy gan ddefnyddio techneg electrocemegol: Tystiolaeth ar gyfer cyflwr metelaidd n-math. Phys. Parch B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Ffiseg a chemeg uchder rhwystr Schottky. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Effeithiau Torri Pâr Allanol Dynamig mewn Ffilmiau Uwch-ddargludol. Phys. Y Parch Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Gwella uwchddargludedd wedi'i ysgogi gan ffoto. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Mae Kudinov, VI et al. Ffoto-ddargludedd parhaus mewn ffilmiau YBa2Cu3O6+x fel dull o ffotodopio tuag at gyfnodau metelaidd ac uwch-ddargludo. Phys. Parch B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Deinameg dellt aflinol fel sail ar gyfer uwch-ddargludedd gwell yn YBa2Cu3O6.5 . Natur 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. et al. Uwchddargludedd a achosir gan olau mewn cwpan wedi'i archebu â streipen. Gwyddoniaeth 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Dibyniaeth swyddogaethol tymheredd VOC ar gyfer cell solar mewn perthynas â'i effeithlonrwydd dull newydd. Dihalwyno 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Effeithiau tymheredd yng nghelloedd solar silicon rhwystr Schottky. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Dibyniaeth tymheredd ar gyfer paramedrau dyfais ffotofoltäig celloedd solar polymer-fullerene o dan amodau gweithredu. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Mae'r gwaith hwn wedi'i gefnogi gan Sefydliad Cenedlaethol Gwyddoniaeth Naturiol Tsieina (Grant Rhif 60571063), Prosiectau Ymchwil Sylfaenol Talaith Henan, Tsieina (Rhif Grant 122300410231).
Ysgrifennodd FY destun y papur a pharatôdd MYH sampl cerameg YBCO. Perfformiodd FY a MYH yr arbrawf a dadansoddi'r canlyniadau. Arweiniodd CGT y prosiect a’r dehongliad gwyddonol o’r data. Adolygodd pob awdur y llawysgrif.
Mae'r gwaith hwn wedi'i drwyddedu o dan Drwydded Ryngwladol Creative Commons Attribution 4.0. Mae'r delweddau neu ddeunydd trydydd parti arall yn yr erthygl hon wedi'u cynnwys yn nhrwydded Creative Commons yr erthygl, oni nodir yn wahanol yn y llinell gredyd; os nad yw’r deunydd wedi’i gynnwys o dan drwydded Creative Commons, bydd angen i ddefnyddwyr gael caniatâd gan ddeiliad y drwydded i atgynhyrchu’r deunydd. I weld copi o'r drwydded hon, ewch i http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Tarddiad effaith ffotofoltäig mewn serameg superconducting YBa2Cu3O6.96. Cynrychiolydd Gwyddonol 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Trwy gyflwyno sylw rydych yn cytuno i gadw at ein Telerau a Chanllawiau Cymunedol. Os byddwch yn canfod rhywbeth sarhaus neu nad yw'n cydymffurfio â'n telerau neu ganllawiau, nodwch hynny fel rhywbeth amhriodol.
Amser post: Ebrill-22-2020