Dankon pro viziti nature.com. Vi uzas retumilon kun limigita subteno por CSS. Por akiri la plej bonan sperton, ni rekomendas, ke vi uzu pli ĝisdatigitan retumilon (aŭ malŝaltu kongruecreĝimon en Internet Explorer). Intertempe, por certigi daŭran subtenon, ni montras la retejon sen stiloj kaj JavaScript.
Ni raportas rimarkindan fotovoltaecan efikon en YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ceramiko inter 50 kaj 300 K induktita de blu-lasera lumigado, kiu rekte rilatas al la superkonduktivo de YBCO kaj la YBCO-metala elektroda interfaco. Ekzistas polusinversigo por la malferma cirkvita tensio Voc kaj kurtcirkvita kurento Isc kiam YBCO spertas transiron de superkondukta ĝis rezistema ŝtato. Ni montras ke ekzistas elektra potencialo trans la superkonduktaĵo-normala metala interfaco, kiu disponigas la apartigforton por la foto-induktitaj elektron-truaj paroj. Tiu interfacpotencialo direktas de YBCO ĝis la metalelektrodo kiam YBCO estas superkondukta kaj ŝanĝas al la kontraŭa direkto kiam YBCO iĝas nesuperkondukta. La origino de la potencialo povas esti facile rilata al la proksimefiko ĉe metal-superkondukta interfaco kiam YBCO estas superkondukta kaj ĝia valoro estas taksita esti 10-8 mV je 50 K kun laserintenseco de 502 mW/cm2. Kombinaĵo de p-tipa materialo YBCO ĉe normala stato kun n-speca materialo Ag-pasto formas kvazaŭ-pn-krucvojon kiu respondecas pri la fotovoltaeca konduto de YBCO-ceramikaĵo ĉe altaj temperaturoj. Niaj trovoj povas pavimi la vojon al novaj aplikoj de foton-elektronikaj aparatoj kaj verŝi plian lumon sur la proksimefiko ĉe la superkondukta-metala interfaco.
Foto-induktita tensio en alttemperaturaj superkonduktaĵoj estis raportita en la fruaj 1990-aj jaroj kaj vaste esplorita ekde tiam, tamen ĝia naturo kaj mekanismo restas maltrankvilaj1,2,3,4,5. YBa2Cu3O7-δ (YBCO) maldikaj filmoj6,7,8, precipe, estas intense studitaj en la formo de fotovoltaeca (PV) ĉelo pro ĝia alĝustigebla energia breĉo9,10,11,12,13. Tamen, alta rezisto de la substrato ĉiam kondukas al malalta konverta efikeco de la aparato kaj maskas la primarajn PV-ecojn de YBCO8. Ĉi tie ni raportas rimarkindan fotovoltaecan efikon induktitan de blu-lasera (λ = 450 nm) lumigado en YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ceramiko inter 50 kaj 300 K (Tc ~ 90 K). Ni montras, ke la PV-efiko rekte rilatas al la superkonduktivo de YBCO kaj la naturo de la YBCO-metala elektroda interfaco. Ekzistas polusinversigo por la malfermcirkvita tensio Voc kaj kurtcirkvita fluo Isc kiam YBCO spertas transiron de superkondukta fazo ĝis rezistema ŝtato. Estas svatite ke ekzistas elektra potencialo trans la superkonduktaĵ-normala metalinterfaco, kiu disponigas la apartigforton por la foto-induktitaj elektron-truaj paroj. Tiu interfacpotencialo direktas de YBCO ĝis la metalelektrodo kiam YBCO estas superkondukta kaj ŝanĝas al la kontraŭa direkto kiam la provaĵo iĝas nesuperkondukta. La origino de la potencialo povas esti nature asociita kun la proksimefiko14,15,16,17 ĉe metal-superkondukta interfaco kiam YBCO estas superkondukta kaj ĝia valoro estas taksita esti ~10−8 mV je 50 K kun laserintenseco de 502 mW. /cm2. Kombinaĵo de p-tipa materialo YBCO ĉe normala stato kun n-tipa materialo Ag-pasto formas, plej verŝajne, kvazaŭ-pn-krucvojon kiu respondecas pri la PV-konduto de YBCO-ceramikaĵo ĉe altaj temperaturoj. Niaj observoj verŝas plian lumon pri la origino de PV-efiko en alttemperatura superkondukta YBCO-ceramikaĵo kaj malfermas la vojon por ĝia apliko en optoelektronikaj aparatoj kiel rapida pasiva lumdetektilo ktp.
Figuro 1a-c montras ke la IV-karakterizaĵoj de YBCO-ceramika specimeno ĉe 50 K. Sen malpeza lumigado, la tensio trans la provaĵo restas ĉe nulo kun ŝanĝiĝanta kurento, kiel povas esti atendita de superkondukta materialo. Evidenta fotovoltaeca efiko aperas kiam lasera radio estas direktita ĉe katodo (Fig. 1a): la IV-kurboj paralelaj al la I-akso moviĝas malsupren kun kreskanta lasera intenseco. Estas evidente ke ekzistas negativa foto-induktita tensio eĉ sen iu kurento (ofte nomita malferma cirkvito-tensio Voc). La nula deklivo de la IV-kurbo indikas ke la provaĵo daŭre estas superkondukta sub lasera lumo.
(a–c) kaj 300 K (e–g). Valoroj de V (I) estis akiritaj balaante la fluon de −10 mA ĝis +10 mA en vakuo. Nur parto de la eksperimentaj datumoj estas prezentitaj por klareco. a, Nun-tensiaj trajtoj de YBCO mezuritaj per lasera punkto poziciigita ĉe la katodo (i). Ĉiuj IV-kurboj estas horizontalaj rektlinioj indikante ke la provaĵo daŭre estas superkondukta kun lasera surradiado. La kurbo moviĝas malsupren kun kreskanta laserintenseco, indikante ke ekzistas negativa potencialo (Voc) inter la du tensioplumboj eĉ kun nul fluo. La IV-kurboj restas senŝanĝaj kiam la lasero estas direktita en la centron de la provaĵo ĉe etero 50 K (b) aŭ 300 K (f). La horizontala linio moviĝas supren kiam la anodo estas prilumita (c). Skema modelo de metal-superkondukta krucvojo je 50 K estas montrita en d. Nun-tensiaj karakterizaĵoj de normala stato YBCO je 300 K mezuritaj per lasera radio indikita ĉe katodo kaj anodo ricevas en e kaj g respektive. Kontraste al la rezultoj ĉe 50 K, ne-nula deklivo de la rektoj indikas ke YBCO estas en normala stato; la valoroj de Voc varias laŭ lumintenso en kontraŭa direkto, indikante malsaman ŝargan apartigmekanismon. Ebla interfaca strukturo ĉe 300 K estas prezentita en hj La reala bildo de la specimeno kun plumboj.
Oksigen-riĉa YBCO en superkondukta ŝtato povas absorbi preskaŭ plenan spektron de sunlumo pro ĝia tre malgranda energiinterspaco (Eg) 9,10, tiel kreante elektron-truajn parojn (e-h). Por produkti malferman cirkvitan tension Voc per sorbado de fotonoj, necesas space apartigi fotogeneritajn eh-parojn antaŭ ol rekombinigo okazas18. La negativa Voc, relative al la katodo kaj anodo kiel indikite en Fig. 1i, sugestas ke ekzistas elektra potencialo trans la metal-superkondukta interfaco, kiu balaas la elektronojn al la anodo kaj truojn al la katodo. Se tio estas la kazo, devus ankaŭ ekzisti ebla indikado de superkonduktaĵo ĝis la metalelektrodo ĉe anodo. Sekve, pozitiva Voc estus akirita se la provaĵareo proksime de la anodo estas prilumita. Krome, ne devus ekzisti foto-induktitaj tensioj kiam la laserpunkto estas indikita al areoj malproksimaj de la elektrodoj. Certe estas tiel, kiel videblas el Fig. 1b,c!.
Kiam la lumpunkto moviĝas de la katoda elektrodo al la centro de la provaĵo (ĉirkaŭ 1.25 mm krom la interfacoj), neniu vario de IV-kurboj kaj neniu Voc povas esti observita kun kreskanta lasera intenseco al la maksimuma valoro havebla (Fig. 1b) . Nature, ĉi tiu rezulto povas esti atributita al la limigita vivdaŭro de foto-induktitaj aviad-kompanioj kaj la manko de apartigforto en la provaĵo. Elektrontruaj paroj povas esti kreitaj kiam ajn la provaĵo estas prilumita, sed la plej multaj el la e-h paroj estos neniigitaj kaj neniu fotovoltaeca efiko estas observita se la laserpunkto falas sur areoj malproksime de iuj da la elektrodoj. Movante la laseran punkton al la anodaj elektrodoj, la IV-kurboj paralelaj al la I-akso moviĝas supren kun kreskanta lasera intenseco (Fig. 1c). Simila enkonstruita elektra kampo ekzistas en la metal-superkondukta krucvojo ĉe la anodo. Tamen, la metala elektrodo konektas al la pozitiva plumbo de la testa sistemo ĉi-foje. La truoj produktitaj per la lasero estas puŝitaj al la anodplumbo kaj tiel pozitiva Voc estas observita. La rezultoj prezentitaj ĉi tie disponigas fortan indicon ke ekzistas efektive interfacpotencialo indikanta de la superkonduktaĵo ĝis la metalelektrodo.
Fotovoltaeca efiko en YBa2Cu3O6.96-ceramikaĵo je 300 K estas montrita en Fig. 1e–g. Sen malpeza lumigado, IV-kurbo de la provaĵo estas rekta linio krucanta la originon. Ĉi tiu rekta linio moviĝas supren paralele al la originalo kun kreskanta lasera intenseco surradianta ĉe la katodoplumboj (Fig. 1e). Estas du limigaj kazoj de intereso por fotovoltaeca aparato. La fuŝkontakto okazas kiam V = 0. La kurento en ĉi tiu kazo estas referita kiel la kurta cirkvito fluo (Isc). La dua limkazo estas la malferma cirkvito kondiĉo (Voc) kiu okazas kiam R→∞ aŭ la fluo estas nul. Figuro 1e klare montras, ke Voc estas pozitiva kaj pliiĝas kun kreskanta lumintenso, kontraste kun la rezulto akirita je 50 K; dum negativa Isc estas observita pliiĝi en magnitudo kun malpeza lumo, tipa konduto de normalaj sunĉeloj.
Simile, kiam la lasera radio estas indikita ĉe areoj malproksime de la elektrodoj, la V (I) kurbo estas sendependa de la lasera intenseco kaj ekzistas neniu fotovoltaeca efiko aperis (Fig. 1f). Simile al la mezurado ĉe 50 K, la IV-kurboj moviĝas al la kontraŭa direkto kiam la anoda elektrodo estas surradiita (Fig. 1g). Ĉiuj ĉi tiuj rezultoj akiritaj por ĉi tiu YBCO-Ag pastsistemo je 300 K per lasero surradiita ĉe malsamaj pozicioj de la provaĵo estas kongruaj kun interfacpotencialo kontraŭe al tio observita ĉe 50 K.
La plej multaj el elektronoj kondensiĝas en Cooper-paroj en superkondukta YBCO sub ĝia transirtemperaturo Tc. Dum en la metalelektrodo, ĉiuj elektronoj restas en unuopa formo. Ekzistas granda densecgradiento por kaj unuopaj elektronoj kaj Cooper-paroj en la najbareco de la metal-superkondukta interfaco. Plimultaj portantaj unuopaj elektronoj en metala materialo disvastiĝos en la superkonduktaĵregionon, dum plimultaj portantaj Cooper-paroj en YBCO-regiono difuziĝos en la metalregionon. Ĉar Cooper-paroj portantaj pli da ŝargoj kaj havantaj pli grandan moviĝeblon ol unuopaj elektronoj difuzas de YBCO en metalan regionon, pozitive ŝargitaj atomoj estas postlasitaj, rezultigante elektran kampon en la spacŝarga regiono. La direkto de ĉi tiu elektra kampo estas montrita en la skema diagramo Fig. 1d. Okazaĵa fotonlumo proksime de la spacŝarga regiono povas krei eh parojn kiuj estos apartigitaj kaj balaitaj produktante fotofluon en la invers-biasdirekto. Tuj kiam la elektronoj eliras el la enkonstruita elektra kampo, ili estas kondensitaj en parojn kaj fluas al la alia elektrodo sen rezisto. En ĉi tiu kazo, la Voc estas kontraŭa al la antaŭfiksita poluseco kaj montras negativan valoron kiam la laserradio montras al la areo ĉirkaŭ la negativa elektrodo. De la valoro de Voc, la potencialo trans la interfaco povas esti taksita: la distanco inter la du tensiokonduktiloj d estas ~5 × 10−3 m, la dikeco de la metal-superkondukta interfaco, di, devus esti la sama grandordo. ĉar la kohereclongo de YBCO-superkonduktaĵo (~1 nm) 19,20, prenu la valoron de Voc = 0.03 mV, la ebla Vms ĉe la metal-superkondukta interfaco estas taksita al estu 10−11 V je 50 K kun lasera intenseco de 502 mW/cm2, uzante ekvacion,
Ni volas emfazi ĉi tie, ke la foto-induktita tensio ne povas esti klarigita per foto-termika efiko. Estis eksperimente establite ke la Seebeck-koeficiento de superkonduktaĵo YBCO estas Ss = 021. La Seebeck-koeficiento por kupraj plumbodratoj estas en la intervalo de SCu = 0.34-1.15 μV/K3. La temperaturo de la kupra drato ĉe la laserpunkto povas esti levita supren je malgranda kvanto de 0.06 K kun maksimuma laserintenseco havebla je 50 K. Tio povis produkti termoelektran potencialon de 6.9 × 10−8 V kiu estas tri ordgrandeco pli malgranda ol la Voc akirita en Fig 1 (a). Estas evidente ke termoelektra efiko estas tro malgranda por klarigi la eksperimentajn rezultojn. Fakte, la temperaturvario pro lasera surradiado malaperus en malpli ol unu minuto tiel ke la kontribuo de termika efiko povas esti sekure ignorita.
Tiu fotovoltaeca efiko de YBCO ĉe ĉambra temperaturo rivelas ke malsama ŝarga apartigmekanismo estas implikita ĉi tie. Superkondukta YBCO en normala stato estas p-tipa materialo kun truoj kiel ŝargoportilo22,23, dum metala Ag-pasto havas karakterizaĵojn de n-tipa materialo. Simile al pn-krucvojoj, la difuzo de elektronoj en la arĝenta pasto kaj truoj en YBCO-ceramikaĵo formos internan elektran kampon montrantan al la YBCO-ceramikaĵo ĉe la interfaco (Fig. 1h). Estas ĉi tiu interna kampo kiu disponigas la apartigforton kaj kondukas al pozitiva Voc kaj negativa Isc por la YBCO-Ag pastsistemo ĉe ĉambra temperaturo, kiel montrite en Fig. 1e. Alternative, Ag-YBCO povus formi p-tipan Schottky-krucvojon kiu ankaŭ kondukas al interfacpotencialo kun la sama poluseco kiel en la modelo prezentita supre24.
Por esplori la detalan evoluan procezon de la fotovoltaikaj propraĵoj dum superkondukta transiro de YBCO, IV-kurboj de la specimeno je 80 K estis mezuritaj per elektitaj laseraj intensecoj lumantaj ĉe katoda elektrodo (Fig. 2). Sen lasera surradiado, la tensio trans la specimeno tenas ĉe nulo sendepende de fluo, indikante la superkonduktan staton de la specimeno je 80 K (Fig. 2a). Simile al la datenoj akiritaj ĉe 50 K, IV-kurboj paralelaj al la I-akso moviĝas malsupren kun kreskanta laserintenseco ĝis kritika valoro Pc estas atingita. Super tiu kritika lasera intenseco (Pc), la superkonduktoro spertas transiron de superkondukta fazo ĝis resistiva fazo; la tensio komencas pliiĝi kun fluo pro la apero de rezisto en la superkonduktoro. Kiel rezulto, la IV-kurbo komencas intersekci kun la I-akso kaj V-akso kondukante al negativa Voc kaj pozitiva Isc komence. Nun la specimeno ŝajnas esti en speciala stato en kiu la poluseco de Voc kaj Isc estas ekstreme sentema al lumintenso; kun tre malgranda pliiĝo en lumintenso Isc estas konvertita de pozitivo al negativo kaj Voc de negativo al pozitiva valoro, pasante la originon (la alta sentemo de fotovoltaecaj trajtoj, precipe la valoro de Isc, al malpeza lumo povas esti vidita pli klare en Fig. 2b). Ĉe la plej alta lasera intenseco havebla, la IV-kurboj intencas esti paralelaj unu kun la alia, signifante la normalan staton de la YBCO-provaĵo.
La lasera punktocentro estas poziciigita ĉirkaŭ la katodaj elektrodoj (vidu Fig. 1i). a, IV-kurboj de YBCO surradiita kun malsamaj laserintensecoj. b (supro), Lasera intenseco dependeco de malferma cirkvito tensio Voc kaj kurta cirkvito kurento Isc. La Isc-valoroj ne povas esti akiritaj ĉe malalta lumintenso (< 110 mW/cm2) ĉar la IV-kurboj estas paralelaj al la I-akso kiam la provaĵo estas en superkondukta stato. b (malsupro), diferenciga rezisto kiel funkcio de lasera intenseco.
La laserintensecdependeco de Voc kaj Isc ĉe 80 K estas montrita en Fig. 2b (supro). La fotovoltaikaj trajtoj povas esti diskutitaj en tri regionoj de lumintenso. La unua regiono estas inter 0 kaj Pc, en kiu YBCO estas superkondukta, Voc estas negativa kaj malpliiĝas (absoluta valoro pliiĝas) kun lumintenso kaj atingante minimumon ĉe Pc. La dua regiono estas de Pc ĝis alia kritika intenseco P0, en kiu Voc pliiĝas dum Isc malpliiĝas kun kreskanta lumintenso kaj ambaŭ atingas nul ĉe P0. La tria regiono estas super P0 ĝis normala stato de YBCO estas atingita. Kvankam kaj Voc kaj Isc varias laŭ lumintenso en laŭ la saman manieron kiel en regiono 2, ili havas kontraŭan polusecon super la kritika intenseco P0. La signifo de P0 kuŝas en tio ke ekzistas neniu fotovoltaeca efiko kaj la ŝarga apartigmekanismo ŝanĝiĝas kvalite ĉe tiu speciala punkto. La YBCO-provaĵo iĝas ne-superkondukta en tiu intervalo de lumintenso sed la normala stato ankoraŭ esti atingita.
Klare, la fotovoltaecaj karakterizaĵoj de la sistemo estas proksime rilatitaj al la superkonduktiveco de YBCO kaj ĝia superkondukta transiro. La diferenciga rezisto, dV/dI, de YBCO estas montrita en Fig. 2b (malsupro) kiel funkcio de lasera intenseco. Kiel menciite antaŭe, la enkonstruita elektra potencialo en la interfaco pro Cooper-paro disvastigo punktoj de la superkonduktoro al metalo. Simila al tio observita ĉe 50 K, fotovoltaeca efiko estas plifortigita kun kreskanta lasera intenseco de 0 ĝis Pc. Kiam la laserintenseco atingas valoron iomete super Pc, la IV-kurbo komencas kliniĝi kaj la rezisto de la provaĵo komencas aperi, sed la poluseco de la interfacpotencialo ankoraŭ ne estas ŝanĝita. La efiko de optika ekscito sur la superkonduktiveco estis esplorita en la videbla aŭ preskaŭ-IR-regiono. Dum la baza procezo estas disrompi la Cooper-parojn kaj detrui la superkonduktivecon25,26, en kelkaj kazoj superkonduktivectransiro povas esti plifortigita27,28,29, novaj fazoj de superkonduktiveco eĉ povas esti induktitaj30. La foresto de superkonduktivo ĉe Pc povas esti atributita al la foto-induktita parrompado. Ĉe la punkto P0, la potencialo trans la interfaco iĝas nul, indikante ke la ŝargodenseco en ambaŭ flankoj de la interfaco atingas la saman nivelon sub tiu speciala intenseco de malpeza lumo. Plia pliiĝo en laserintenseco rezultigas pli da Cooper-paroj estantaj detruitaj kaj YBCO estas iom post iom transformita reen al p-speca materialo. Anstataŭ elektrono kaj Cooper-pardifuzo, la trajto de la interfaco nun estas determinita per elektrono kaj truodifuzo kiu kondukas al poluseca inversigo de la elektra kampo en la interfaco kaj sekve pozitiva Voc (komparu Fig.1d,h). Ĉe tre alta lasera intenseco, la diferenciga rezisto de YBCO saturas al valoro responda al la normala stato kaj kaj Voc kaj Isc tendencas varii linie kun lasera intenseco (Fig. 2b). Ĉi tiu observado rivelas ke lasera surradiado sur normala stato YBCO ne plu ŝanĝos sian resistivecon kaj la trajton de la superkonduktaĵo-metala interfaco sed nur pliigos la koncentriĝon de la elektron-truaj paroj.
Por esplori la efikon de temperaturo sur la fotovoltaikaj trajtoj, la metal-superkondukta sistemo estis surradiita ĉe la katodo per blua lasero de intenseco 502 mW/cm2. IV-kurboj akiritaj ĉe elektitaj temperaturoj inter 50 kaj 300 K estas donitaj en Fig. 3a. La malferma cirkvita tensio Voc, kurta cirkvito kurento Isc kaj la diferenciala rezisto tiam povas esti akiritaj de tiuj IV-kurboj kaj estas montritaj en Fig. 3b. Sen malpeza lumigado, ĉiuj IV-kurboj mezuritaj ĉe malsamaj temperaturoj pasas la originon kiel atendite (enmeto de Fig. 3a). La IV-karakterizaĵoj ŝanĝiĝas draste kun kreskanta temperaturo kiam la sistemo estas prilumita per relative forta lasera radio (502 mW/cm2). Ĉe malaltaj temperaturoj la IV-kurboj estas rektaj paralelaj al la I-akso kun negativaj valoroj de Voc. Ĉi tiu kurbo moviĝas supren kun kreskanta temperaturo kaj iom post iom iĝas linio kun nenula deklivo ĉe kritika temperaturo Tcp (Fig. 3a (supro)). Ŝajnas, ke ĉiuj IV karakterizaj kurboj rotacias ĉirkaŭ punkto en la tria kvadranto. Voc pliiĝas de negativa valoro al pozitiva dum Isc malpliiĝas de pozitiva al negativa valoro. Super la origina superkondukta transirtemperaturo Tc de YBCO, la IV-kurbo ŝanĝiĝas sufiĉe alimaniere kun temperaturo (fundo de Fig. 3a). Unue, la rotacia centro de la IV-kurboj moviĝas al la unua kvadranto. Due, Voc daŭre malpliiĝas kaj Isc pliiĝas kun pliiĝanta temperaturo (supro de Fig. 3b). Trie, la deklivo de la IV-kurboj pliiĝas linie kun temperaturo rezultiganta pozitivan temperaturkoeficienton de rezisto por YBCO (fundo de Fig. 3b).
Temperaturdependeco de fotovoltaikaj trajtoj por YBCO-Ag pastosistemo sub 502 mW/cm2 lasera lumigado.
La lasera punktocentro estas poziciigita ĉirkaŭ la katodaj elektrodoj (vidu Fig. 1i). a, IV-kurboj akiritaj de 50 ĝis 90 K (supro) kaj de 100 ĝis 300 K (malsupre) kun temperaturpliigo de 5 K kaj 20 K, respektive. Inset a montras IV-karakterizaĵojn ĉe pluraj temperaturoj en mallumo. Ĉiuj kurboj transiras la originpunkton. b, malferma cirkvito tensio Voc kaj kurta cirkvito kurento Isc (supro) kaj la diferenciala rezisto, dV/dI, de YBCO (malsupre) kiel funkcio de temperaturo. La nula rezisto superkondukta transirtemperaturo Tcp ne estas donita ĉar ĝi estas tro proksima al Tc0.
Tri kritikaj temperaturoj povas esti rekonitaj de Fig. 3b: Tcp, super kiu YBCO iĝas ne-superkondukta; Tc0, ĉe kiu kaj Voc kaj Isc iĝas nul kaj Tc, la origina komenca superkondukta transirtemperaturo de YBCO sen lasera surradiado. Sub Tcp ~ 55 K, la lasero surradiita YBCO estas en superkondukta stato kun relative alta koncentriĝo de Cooper-paroj. La efiko de lasera surradiado devas redukti la nulrezistan superkonduktan transirtemperaturon de 89 K ĝis ~55 K (fundo de Fig. 3b) reduktante la Cooper-parkoncentriĝon aldone al produktado de fotovoltaeca tensio kaj fluo. Pliiĝanta temperaturo ankaŭ malkonstruas la Cooper-parojn kondukante al pli malalta potencialo en la interfaco. Sekve, la absoluta valoro de Voc iĝos pli malgranda, kvankam sama intenseco de lasera lumigado estas aplikata. La interfacpotencialo iĝos pli kaj pli malgranda kun plia pliiĝo en temperaturo kaj atingas nul ĉe Tc0. Ekzistas neniu fotovoltaeca efiko ĉe tiu speciala punkto ĉar ekzistas neniu interna kampo por apartigi la foto-induktitajn elektron-truajn parojn. Polusinversigo de la potencialo okazas super tiu kritika temperaturo kiam la libera ŝargodenseco en Ag-pasto estas pli bonega ol tiu en YBCO kiu estas iom post iom transdonita reen al p-speca materialo. Ĉi tie ni volas emfazi, ke la polareca inverso de Voc kaj Isc okazas tuj post la nula rezisto superkondukta transiro, sendepende de la kaŭzo de la transiro. Ĉi tiu observado malkaŝas klare, por la unua fojo, la korelacion inter superkonduktiveco kaj la fotovoltaecaj efikoj asociitaj kun la metal-superkondukta interfaco potencialo. La naturo de ĉi tiu potencialo trans la superkonduktaĵo-normala metala interfaco estis esplorfokuso dum la lastaj pluraj jardekoj sed ekzistas multaj demandoj daŭre atendantaj esti responditaj. Mezurado de la fotovoltaeca efiko povas pruvi esti efika metodo por esplori la detalojn (kiel ekzemple ĝia forto kaj poluseco ktp.) de tiu grava potencialo kaj tial deĵetis lumon sur la alttemperaturan superkonduktan proksimefikon.
Plia pliiĝo en temperaturo de Tc0 ĝis Tc kondukas al pli malgranda koncentriĝo de Cooper-paroj kaj plibonigo en la interfacpotencialo kaj sekve pli granda Voc. Ĉe Tc la Cooper-parkoncentriĝo iĝas nul kaj la enkonstruita potencialo ĉe la interfaco atingas maksimumon, rezultigante maksimuman Voc kaj minimuman Isc. La rapida kresko de Voc kaj Isc (absoluta valoro) en ĉi tiu temperaturintervalo respondas al la superkondukta transiro kiu estas larĝigita de ΔT ~ 3 K ĝis ~34 K per lasera surradiado de intenseco 502 mW/cm2 (Fig. 3b). En la normalaj statoj super Tc, la malferma cirkvittensio Voc malpliiĝas kun temperaturo (supro de Fig. 3b), simila al la linia konduto de Voc por normalaj sunĉeloj bazitaj sur pn-krucvojoj31,32,33. Kvankam la ŝanĝfrekvenco de Voc kun temperaturo (−dVoc/dT), kiu dependas forte de lasera intenseco, estas multe pli malgranda ol tiu de normalaj sunĉeloj, la temperaturkoeficiento de Voc por YBCO-Ag-krucvojo havas la saman grandordon kiel tio. de la sunaj ĉeloj. La elflua fluo de pn-krucvojo por normala sunĉela aparato pliiĝas kun kreskanta temperaturo, kondukante al malkresko en Voc kiam temperaturo pliiĝas. La liniaj IV-kurboj observitaj por tiu Ag-superkondukta sistemo, pro unue la tre malgranda interfacpotencialo kaj due la dors-al-dorsa ligo de la du heterojunkcioj, malfaciligas determini la elfluan kurenton. Tamen, ŝajnas tre verŝajne ke la sama temperaturdependeco de elflua kurento respondecas pri la Voc-konduto observita en nia eksperimento. Laŭ la difino, Isc estas la kurento necesa por produkti negativan tension por kompensi Voc tiel ke la totala tensio estas nulo. Ĉar temperaturo pliiĝas, Voc iĝas pli malgranda tiel ke malpli fluo estas necesa por produkti la negativan tension. Krome, la rezisto de YBCO pliiĝas linie kun temperaturo super Tc (fundo de Fig. 3b), kiu ankaŭ kontribuas al la pli malgranda absoluta valoro de Isc ĉe altaj temperaturoj.
Rimarku ke la rezultoj donitaj en Figoj 2,3 estas akiritaj per lasero surradianta ĉe la areo ĉirkaŭ katodaj elektrodoj. Mezuradoj ankaŭ estis ripetitaj kun lasera punkto poziciigita ĉe anodo kaj similaj IV-karakterizaĵoj kaj fotovoltaikaj trajtoj estis observitaj krom ke la poluseco de Voc kaj Isc estis inversigita en tiu kazo. Ĉiuj tiuj datenoj kondukas al mekanismo por la fotovoltaeca efiko, kiu estas proksime rilatita al la superkonduktaĵo-metala interfaco.
En resumo, la IV-karakterizaĵoj de lasero surradiita superkondukta YBCO-Ag-pasta sistemo estis mezuritaj kiel funkcioj de temperaturo kaj lasera intenseco. Rimarkinda fotovoltaeca efiko estis observita en la temperaturintervalo de 50 ĝis 300 K. Estas trovita ke la fotovoltaecaj trajtoj korelacias forte al la superkonduktiveco de YBCO-ceramikaĵo. Polusinversigo de Voc kaj Isc tuj okazas post la foto-induktita superkondukta al ne-superkondukta transiro. Temperaturdependeco de Voc kaj Isc mezurita ĉe fiksa laserintenseco montras ankaŭ klaran polusan inversigon ĉe kritika temperaturo super kiu la provaĵo iĝas rezistema. Lokigante la laseran punkton al malsama parto de la provaĵo, ni montras ke ekzistas elektra potencialo trans la interfaco, kiu disponigas la apartigforton por la foto-induktitaj elektron-truaj paroj. Tiu interfacpotencialo direktas de YBCO ĝis la metalelektrodo kiam YBCO estas superkondukta kaj ŝanĝas al la kontraŭa direkto kiam la provaĵo iĝas nesuperkondukta. La origino de la potencialo povas esti nature rilata al la proksimefiko ĉe metal-superkondukta interfaco kiam YBCO estas superkondukta kaj estas taksita esti 10−8 mV je 50 K kun laserintenseco de 502 mW/cm2. Kontakto de p-tipa materialo YBCO ĉe normala stato kun n-tipa materialo Ag-pasto formas kvazaŭ-pn-krucvojon kiu respondecas pri la fotovoltaeca konduto de YBCO-ceramikaĵo ĉe altaj temperaturoj. La supraj observoj lumigas la PV-efikon en alttemperatura superkondukta YBCO-ceramikaĵo kaj malfermas la vojon al novaj aplikoj en optoelektronikaj aparatoj kiel rapida pasiva lumdetektilo kaj ununura fotona detektilo.
La fotovoltaecaj efektaj eksperimentoj estis faritaj sur YBCO-ceramika specimeno de 0.52 mm dikeco kaj 8.64 × 2.26 mm2 rektangula formo kaj lumigitaj per kontinua ondo blua-lasero (λ = 450 nm) kun lasera makulo grandeco de 1.25 mm en radiuso. Uzi grocon prefere ol maldikan filmspecon ebligas al ni studi la fotovoltaajn trajtojn de la superkonduktaĵo sen devi trakti la kompleksan influon de la substrato6,7. Plie, la pogranda materialo povus esti favora por sia simpla preparprocedo kaj relative malalta kosto. La kupraj plumbodratoj estas koherigitaj sur la YBCO-provaĵo kun arĝenta pasto formanta kvar cirklajn elektrodojn proksimume 1 mm en diametro. La distanco inter la du tensiaj elektrodoj estas proksimume 5 mm. IV-karakterizaĵoj de la specimeno estis mezuritaj uzante la vibran specimenan magnetometron (VersaLab, Quantum Design) kun kvarckristala fenestro. Norma kvar-drata metodo estis utiligita por akiri la IV-kurbojn. La relativaj pozicioj de elektrodoj kaj la lasera punkto estas montritaj en Fig. 1i.
Kiel citi ĉi tiun artikolon: Yang, F. et al. Origino de fotovoltaeca efiko en superkondukta YBa2Cu3O6.96-ceramikaĵo. Sci. Rep 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Simetri-malpermesitaj laser-induktitaj tensioj en YBa2Cu3O7. Fiziko. Pastro B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Origino de la anomalia fotovoltaeca signalo en Y-Ba-Cu-O. Fiziko. Rev B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, LIN, JL, Feng, QR & Wang, GW Mezurado de laser-induktitaj tensioj de superkondukta Bi-Sr-Ca-Cu-O. Fiziko. Pastro B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Pasemaj laser-induktitaj tensioj en ĉambra temperaturaj filmoj de YBa2Cu3O7-x. J. Apl. Fiziko. 67, 4375-4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Anomala fotovoltaeca respondo en YBa2Cu3O7. Fiziko. Pastro B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y. , Muramatsu, T. , Yamaura, J. & Hiroi, Z. Photogenerated trua portantinjekto al YBa2Cu3O7−x en oksidheterostrukturo. Apl. Fiziko. Lett. 85, 2950-2952 (2004).
Asakura, D. et al. Fotoemisiostudo de YBa2Cu3Oy maldikaj filmoj sub malpeza lumo. Fiziko. Pastro Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Fotovoltaeca efiko de YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3:Nb-heterojunkcio kalzita en malsama oksigena parta premo. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Du-Gap strukturo en Yb (Y) Ba2Cu3O7-x ununuraj kristaloj. J. Superkond. 7, 361-365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J. , Podobnik, B. & Mihailovic, D. Quasiparticle-rilaksodinamiko en superkonduktaĵoj kun malsamaj interspacstrukturoj: Teorio kaj eksperimentoj sur YBa2Cu3O7-δ . Fiziko. Pastro B 59, 1497–1506 (1999).
Suno, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Rektifigaj trajtoj de la YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunkcio. Apl. Fiziko. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, KD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Ekscitona sorbado kaj superkonduktivo en YBa2Cu3O7-δ . Fiziko. Pastro Lett. 59, 919-922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Transient fotoinduktita kondukteco en duonkonduktaj ununuraj kristaloj de YBa2Cu3O6.3: serĉu fotoinduktitan metalan staton kaj por fotoinduktitan superkonduktivecon. Solid State Commun. 72, 345-349 (1989).
McMillan, WL Tunneling-modelo de la superkondukta proksimefiko. Fiziko. Rev 175, 537-542 (1968).
Guéron, S. et al. Superkondukta proksimeco-efiko sondita sur mezoskopa longoskalo. Fiziko. Pastro Lett. 77, 3025-3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Proksimeca efiko kun necentrosimetriaj superkonduktaĵoj. Fiziko. Rev B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Forta superkondukta proksimeca efiko en Pb-Bi2Te3 hibridaj strukturoj. Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Nova silicia pn-krucvojo fotoĉelo por konvertado de suna radiado en elektran potencon. J. App. Fiziko. 25, 676-677 (1954).
Tomimoto, K. Malpurefikoj sur la superkondukta kohereclongo en Zn- aŭ Ni-dopitaj YBa2Cu3O6.9 ununuraj kristaloj. Fiziko. Rev B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance de Untwinned YBa2Cu3Oy ununuraj kristaloj en larĝa gamo de dopado: anomalia truo-dopa dependeco de la kohereco-longo. Fiziko. Pastro Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Sistematiko en la termoelektra potenco de alt-T, oksidoj. Fiziko. Pastro B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Portant-densec-dependa movokvantoŝanĝo de la kohera pinto kaj la LO fononreĝimo en p-specaj alt-Tc-superkonduktaĵoj. Fiziko. Rev B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Truoredukto kaj elektronamasiĝo en YBa2Cu3Oy maldikaj filmoj uzante elektrokemian teknikon: Indico por n-speca metala ŝtato. Fiziko. Rev B 84, 020502 (2011).
Tung, RT La fiziko kaj kemio de la Schottky-barialteco. Apl. Fiziko. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Ĥio, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Efikoj de Dinamika Ekstera Paro-Rompiĝo en Superkonduktaj Filmoj. Fiziko. Pastro Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Fotoinduktita pliigo de superkonduktivo. Apl. Fiziko. Lett. 60, 2159-2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Persista fotokondukteco en YBa2Cu3O6+x filmoj kiel metodo de fotodopado direkte al metalaj kaj superkonduktaj fazoj. Fiziko. Pastro B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Nelinia kradodinamiko kiel bazo por plifortigita superkonduktivo en YBa2Cu3O6.5. Naturo 516, 71-74 (2014).
Fausti, D. et al. Lum-induktita superkondukteco en stri-ordigita kuprato. Scienco 331, 189-191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA La temperaturfunkcia dependeco de VOC por sunĉelo rilate al ĝia efikeco nova aliro. Senaligo 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Temperaturefikoj en Schottky-baraj siliciaj sunĉeloj. Apl. Fiziko. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Temperaturdependeco por la fotovoltaecaj aparatoparametroj de polimer-fulerenaj sunĉeloj sub funkciigadkondiĉoj. J. Apl. Fiziko. 90, 5343-5350 (2002).
Ĉi tiu laboro estis subtenata de la Nacia Naturscienca Fondaĵo de Ĉinio (Subvencio n-ro 60571063), la Fundamentaj Esplorprojektoj de Henan-provinco, Ĉinio (Subvencio n-ro 122300410231).
FY skribis la tekston de la papero kaj MYH preparis la YBCO-ceramikan specimenon. FY kaj MYH faris la eksperimenton kaj analizis la rezultojn. FGC gvidis la projekton kaj la sciencan interpreton de la datenoj. Ĉiuj aŭtoroj recenzis la manuskripton.
Ĉi tiu verko estas permesita laŭ Krea Komunaĵo Atribuite 4.0 Internacia Permesilo. La bildoj aŭ alia triapartnera materialo en ĉi tiu artikolo estas inkluzivitaj en la permesilo Krea Komunaĵo de la artikolo, krom se indikite alie en la kreditlinio; se la materialo ne estas inkluzivita sub la permesilo Krea Komunaĵo, uzantoj devos akiri permeson de la posedanto de la permesilo por reprodukti la materialon. Por vidi kopion de ĉi tiu permesilo, vizitu http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Origino de fotovoltaeca efiko en superkondukta YBa2Cu3O6.96-ceramikaĵo. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Sendante komenton vi konsentas observi niajn Kondiĉojn kaj Komunumajn Gvidliniojn. Se vi trovas ion misuzan aŭ kiu ne konformas al niaj kondiĉoj aŭ gvidlinioj bonvolu marki ĝin kiel malkonvena.
Afiŝtempo: Apr-22-2020