Þakka þér fyrir að heimsækja nature.com. Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan stuðning fyrir CSS. Til að fá sem besta upplifun mælum við með að þú notir uppfærðari vafra (eða slökktir á samhæfnistillingu í Internet Explorer). Í millitíðinni, til að tryggja áframhaldandi stuðning, sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Við greinum frá ótrúlegum ljósvökvaáhrifum í YBa2Cu3O6.96 (YBCO) keramik á milli 50 og 300 K framkallað af bláum leysirlýsingu, sem er í beinu sambandi við ofurleiðni YBCO og YBCO-málm rafskautsviðmótsins. Það er pólunarsnúningur fyrir opnu rafrásarspennuna Voc og skammhlaupsstrauminn Isc þegar YBCO gengur í gegnum umskipti frá ofurleiðara yfir í viðnám. Við sýnum að það er til rafmöguleiki þvert yfir ofurleiðara-venjulegt málmviðmótið, sem gefur aðskilnaðarkraftinn fyrir rafeindaholapörin sem myndast af ljósmyndum. Þessi tengimöguleiki beinir frá YBCO til málmrafskautsins þegar YBCO er ofurleiðandi og skiptir í gagnstæða átt þegar YBCO verður óofleiðandi. Uppruni möguleikans getur auðveldlega tengst nálægðaráhrifum við málm-ofurleiðara tengi þegar YBCO er ofurleiðari og gildi hans er áætlað að vera ~10–8 mV við 50 K með leysistyrk 502 mW/cm2. Samsetning p-gerð efnis YBCO í eðlilegu ástandi með n-gerð efnis Ag-líma myndar hálf-pn tengi sem er ábyrgur fyrir ljósavirkni YBCO keramik við háan hita. Niðurstöður okkar geta rutt brautina að nýjum notkun ljóseinda-rafrænna tækja og varpað frekara ljósi á nálægðaráhrifin á ofurleiðara-málmviðmótinu.
Tilkynnt hefur verið um ljósspennu í háhita ofurleiðurum snemma á tíunda áratugnum og þau hafa verið rannsökuð mikið síðan, en samt er eðli hennar og gangur óráðinn1,2,3,4,5. YBa2Cu3O7-δ (YBCO) þunnar filmur6,7,8, sérstaklega, eru rannsakaðar ítarlega í formi ljósvaka (PV) frumu vegna stillanlegs orkubils9,10,11,12,13. Hins vegar leiðir mikil viðnám undirlagsins alltaf til lítillar umbreytingarvirkni tækisins og hyljar aðal PV eiginleika YBCO8. Hér greinum við frá ótrúlegum ljósaeindaáhrifum af völdum bláum leysis (λ = 450 nm) lýsingu í YBa2Cu3O6.96 (YBCO) keramik á milli 50 og 300 K (Tc ~ 90 K). Við sýnum að PV áhrifin eru í beinum tengslum við ofurleiðni YBCO og eðli YBCO-málm rafskautsviðmótsins. Það er pólunarsnúningur fyrir opnu rafrásarspennuna Voc og skammhlaupsstrauminn Isc þegar YBCO fer úr ofurleiðandi fasa í viðnámsástand. Lagt er til að rafmöguleiki sé yfir ofurleiðara-eðlilega málmviðmótinu, sem veitir aðskilnaðarkraftinn fyrir rafeindaholapörin sem myndast af ljósum. Þessi tengimöguleiki beinir frá YBCO til málmrafskautsins þegar YBCO er ofurleiðandi og skiptir í gagnstæða átt þegar sýnið verður óofleiðandi. Uppruni möguleikans gæti náttúrulega tengst nálægðaráhrifum14,15,16,17 við málm-ofurleiðara tengi þegar YBCO er ofurleiðari og gildi hans er áætlað ~10−8 mV við 50 K með leysistyrk 502 mW /cm2. Samsetning p-gerðar efnis YBCO í eðlilegu ástandi með n-gerðar efnis Ag-pasta myndar líklega hálfgerð pn tengi sem er ábyrgur fyrir PV hegðun YBCO keramik við háan hita. Athuganir okkar varpa frekara ljósi á uppruna PV áhrifa í háhita ofurleiðandi YBCO keramik og ryðja brautina fyrir beitingu þess í sjónrænum tækjum eins og hraðvirkum óvirkum ljósskynjara o.fl.
Mynd 1a–c sýnir að IV-eiginleikar YBCO keramiksýnis við 50 K. Án ljósalýsingu helst spennan yfir sýnið á núlli við breytilegan straum, eins og búast má við af ofurleiðandi efni. Augljós ljósvökvaáhrif koma fram þegar leysigeisla er beint að bakskautinu (Mynd 1a): IV ferillinn samsíða I-ásnum færist niður á við með vaxandi leysistyrk. Það er augljóst að það er neikvæð spenna af völdum ljóss, jafnvel án nokkurs straums (oft kölluð opið spenna Voc). Núllhalli IV ferilsins gefur til kynna að sýnið sé enn í ofurleiðni við leysigeislun.
(a–c) og 300 K (e–g). Gildi á V(I) voru fengin með því að sópa straumnum frá -10 mA til +10 mA í lofttæmi. Aðeins hluti tilraunagagnanna er settur fram til glöggvunar. a, Straumspennueiginleikar YBCO mældir með leysiblett sem staðsettur er við bakskautið (i). Allar IV ferlar eru láréttar beinar línur sem gefa til kynna að sýnið sé enn ofurleiðandi með leysigeislun. Ferillinn færist niður með vaxandi leysistyrk, sem gefur til kynna að það sé neikvæður möguleiki (Voc) á milli spennuleiðanna tveggja jafnvel með núllstraum. IV kúrfurnar haldast óbreyttar þegar leysinum er beint að miðju sýnisins við eter 50 K (b) eða 300 K (f). Lárétta línan færist upp þegar forskautið er lýst upp (c). Skýringarmynd af málm-ofurleiðaramótum við 50 K er sýnt í d. Straumspennueiginleikar YBCO í eðlilegu ástandi við 300 K mældir með leysigeisla sem vísar á bakskaut og rafskaut eru gefnir upp í e og g í sömu röð. Öfugt við niðurstöðurnar við 50 K gefur halli beinna línanna sem er ekki núll til kynna að YBCO sé í eðlilegu ástandi; gildi Voc eru mismunandi eftir ljósstyrk í gagnstæða átt, sem gefur til kynna mismunandi hleðsluaðskilnaðarkerfi. Möguleg viðmótsbygging við 300 K er sýnd í hj Raunveruleg mynd af sýninu með leiðum.
Súrefnisríkt YBCO í ofurleiðandi ástandi getur tekið til sín næstum allt litróf sólarljóss vegna mjög lítillar orkubils (Eg)9,10 og myndar þannig rafeindaholapör (e–h). Til að framleiða opna hringrásarspennu Voc með frásog ljóseinda er nauðsynlegt að aðskilja ljósmynduð eh-pör í stað áður en endurröðun á sér stað18. Neikvæða Voc, miðað við bakskautið og rafskautið eins og sýnt er á mynd 1i, bendir til þess að það sé rafmöguleiki yfir málm-ofurleiðara tengi, sem sópar rafeindunum að skautinu og göt að bakskautinu. Ef þetta er raunin ætti einnig að vera möguleiki sem vísar frá ofurleiðara að málmrafskautinu á rafskautinu. Þar af leiðandi fengist jákvæð Voc ef sýnissvæðið nálægt rafskautinu er upplýst. Ennfremur ætti ekki að vera ljósspenna þegar leysibletturinn vísar á svæði langt frá rafskautunum. Það er vissulega raunin eins og sést á mynd 1b,c!.
Þegar ljósbletturinn færist frá bakskautskautinu að miðju sýnisins (um 1,25 mm fjarlægð frá viðmótunum) er ekki hægt að sjá neina breytileika á IV ferlum og engum Voc með vaxandi leysistyrk að hámarksgildi sem til er (mynd 1b). . Auðvitað má rekja þessa niðurstöðu til takmarkaðs líftíma ljósvakabera og skorts á aðskilnaðarkrafti í sýninu. Hægt er að búa til rafeindaholapör þegar sýnishornið er upplýst, en flest e–h pörin verða tortímt og engin ljósaflsáhrif sjást ef leysibletturinn fellur á svæði langt í burtu frá einhverju rafskautanna. Með því að færa leysiblettinn að rafskautaskautunum færast IV-ferilarnir samsíða I-ásnum upp með vaxandi leysistyrk (Mynd 1c). Svipað innbyggt rafsvið er til í málm-ofurleiðaramótinu við forskautið. Hins vegar tengist málmrafskautið við jákvæða leiðslu prófunarkerfisins að þessu sinni. Götin sem leysirinn framleiðir er ýtt að rafskautsleiðinni og þannig sést jákvæð Voc. Niðurstöðurnar sem kynntar eru hér gefa sterkar vísbendingar um að það sé örugglega til tengimöguleiki sem bendir frá ofurleiðara að málmrafskautinu.
Ljósvökvaáhrif í YBa2Cu3O6.96 keramik við 300 K eru sýnd á mynd 1e–g. Án ljóslýsingar er IV ferill sýnisins bein lína sem fer yfir upprunann. Þessi beina lína færist upp samsíða þeirri upprunalegu með vaxandi leysisstyrk sem geislar við bakskautsleiðslan (mynd 1e). Það eru tvö takmörkunartilvik sem vekja áhuga ljósstækis. Skammhlaupsástandið kemur fram þegar V = 0. Straumurinn í þessu tilfelli er nefndur skammhlaupsstraumurinn (Isc). Annað takmörkunartilvikið er opið hringrás ástand (Voc) sem á sér stað þegar R→∞ eða straumurinn er núll. Mynd 1e sýnir greinilega að Voc er jákvætt og eykst með auknum ljósstyrk, öfugt við niðurstöðuna sem fæst við 50 K; á meðan sést að neikvætt ISC eykst að stærð við ljóslýsingu, dæmigerð hegðun venjulegra sólarsellna.
Á sama hátt, þegar leysigeislanum er beint á svæði langt í burtu frá rafskautunum, er V(I) ferillinn óháður leysistyrknum og engin ljósvökvaáhrif komu fram (mynd 1f). Svipað og við mælinguna við 50 K færast IV-ferilarnir í gagnstæða átt þegar rafskautsskautið er geislað (Mynd 1g). Allar þessar niðurstöður sem fengust fyrir þetta YBCO-Ag límakerfi við 300 K með leysigeislun á mismunandi stöðum sýnisins eru í samræmi við gagnstæða tengimöguleika og sást við 50 K.
Flestar rafeindir þéttast í Cooper pörum í ofurleiðara YBCO undir umbreytingarhitastigi þess Tc. Meðan þær eru í málmrafskautinu eru allar rafeindirnar áfram í eintölu. Það er mikill þéttleikahalli fyrir bæði eintölu rafeindir og Cooper pör í grennd við málm-ofurleiðara tengi. Eintölu rafeindir með meirihluta burðarbera í málmefni munu dreifast inn í ofurleiðarasvæðið, en Cooper-pör með meirihluta á YBCO svæðinu munu dreifast inn í málmsvæðið. Þegar Cooper pör sem bera fleiri hleðslur og hafa meiri hreyfanleika en eintölu rafeindir dreifast frá YBCO inn í málmsvæði, verða jákvætt hlaðin atóm skilin eftir, sem leiðir til rafsviðs í geimhleðslusvæðinu. Stefna þessa rafsviðs er sýnd á skýringarmyndinni á mynd 1d. Ljóseindalýsing nálægt geimhleðslusvæðinu getur skapað eh pör sem verða aðskilin og sópuð út og mynda ljósstraum í öfuga hliðarstefnu. Um leið og rafeindirnar komast út úr innbyggðu rafsviðinu þéttast þær saman í pör og streyma til hinnar rafskautsins án mótstöðu. Í þessu tilviki er Voc andstæða forstilltu póluninni og sýnir neikvætt gildi þegar leysigeislinn bendir á svæðið í kringum neikvæða rafskautið. Út frá gildi Voc er hægt að áætla möguleika yfir viðmótið: fjarlægðin milli spennuleiðanna tveggja d er ~5 × 10−3 m, þykkt málm-ofurleiðara tengisins, di, ætti að vera í sömu stærðargráðu sem samhengislengd YBCO ofurleiðara (~1 nm)19,20, taktu gildi Voc = 0,03 mV, hugsanlega Vms við málm-ofurleiðara tengi er metið til að vera ~10−11 V við 50 K með leysistyrk 502 mW/cm2, með jöfnu,
Við viljum leggja áherslu á það hér að ekki er hægt að útskýra ljósspennu með hitauppstreymisáhrifum. Það hefur verið staðfest með tilraunum að Seebeck stuðull ofurleiðara YBCO er Ss = 021. Seebeck stuðull fyrir koparleiðara er á bilinu SCu = 0,34–1,15 μV/K3. Hægt er að hækka hitastig koparvírsins við leysipunktinn um lítið magn sem nemur 0,06 K með hámarks leysistyrk sem er tiltækur við 50 K. Þetta gæti framleitt hitaorkuspennu upp á 6,9 × 10−8 V sem er þremur stærðargráðum minni en Voc sem fæst á mynd 1 (a). Það er augljóst að hitaorkuáhrif eru of lítil til að skýra niðurstöður tilrauna. Reyndar myndi hitastigsbreytingin vegna leysigeislunar hverfa á innan við einni mínútu svo hægt sé að hunsa framlag frá hitauppstreymi á öruggan hátt.
Þessi ljósvakaáhrif YBCO við stofuhita sýna að hér er um að ræða annan hleðsluaðskilnað. Ofurleiðandi YBCO í venjulegu ástandi er p-gerð efni með göt sem hleðsluberi22,23, en málmlegt Ag-pasta hefur einkenni n-gerðar efnis. Svipað og á pn-mótum, mun útbreiðsla rafeinda í silfurmaukinu og holum í YBCO-keramik mynda innra rafsvið sem bendir á YBCO-keramikið á viðmótinu (Mynd 1h). Það er þetta innra sviði sem gefur aðskilnaðarkraftinn og leiðir til jákvæðs Voc og neikvæðs Isc fyrir YBCO-Ag límakerfið við stofuhita, eins og sýnt er á mynd 1e. Að öðrum kosti gæti Ag-YBCO myndað Schottky-mót af p-gerð sem leiðir einnig til tengimöguleika með sömu pólun og í líkaninu sem kynnt er hér að ofan24.
Til að rannsaka nákvæma þróunarferli ljóseiginleika við ofurleiðandi umskipti YBCO, voru IV ferlar sýnisins við 80 K mældar með völdum leysistyrkleika sem lýsa upp á bakskautskautinu (mynd 2). Án leysigeislunar heldur spennan yfir sýnið á núlli óháð straumi, sem gefur til kynna ofurleiðaraástand sýnisins við 80 K (mynd 2a). Svipað og gögnin sem fengust við 50 K, færast IV ferlar samsíða I-ásnum niður með vaxandi leysistyrk þar til mikilvægu gildi Pc er náð. Ofan við þennan mikilvæga leysistyrk (Pc) fer ofurleiðarinn í gegnum umskipti frá ofurleiðandi fasa yfir í viðnámsfasa; spennan fer að aukast með straumi vegna þess að viðnám kemur fram í ofurleiðara. Þess vegna byrjar IV ferillinn að skerast I-ás og V-ás sem leiðir til neikvæðs Voc og jákvæðs Isc í fyrstu. Nú virðist sýnishornið vera í sérstöku ástandi þar sem pólun Voc og Isc er afar næm fyrir ljósstyrk; með mjög lítilli aukningu á ljósstyrk er Isc breytt úr jákvætt í neikvætt og Voc úr neikvætt í jákvætt gildi, framhjá upprunanum (háa næmni ljósvakaeiginleika, sérstaklega gildi Isc, fyrir ljóslýsingu sést betur á mynd. 2b). Við hæsta leysistyrk sem til er ætla IV-ferilarnir að vera samsíða hver öðrum, sem gefur til kynna eðlilegt ástand YBCO sýnisins.
Laserblettmiðjan er staðsett í kringum bakskautskautin (sjá mynd 1i). a, IV ferlar YBCO geislaðar með mismunandi leysistyrk. b (efst), Háð leysistyrkleika opnar rafrásarspennu Voc og skammhlaupsstraums Isc. Ekki er hægt að fá Isc gildin við lágan ljósstyrk (< 110 mW/cm2) vegna þess að IV kúrfurnar eru samsíða I-ásnum þegar sýnið er í ofurleiðandi ástandi. b (neðst), mismunaviðnám sem fall af leysistyrkleika.
Háð leysistyrkleika Voc og Isc við 80 K er sýnd á mynd 2b (efst). Hægt er að ræða ljóseiginleikana á þremur svæðum ljósstyrks. Fyrsta svæðið er á milli 0 og Pc, þar sem YBCO er ofurleiðandi, Voc er neikvætt og minnkar (algert gildi eykst) með ljósstyrk og nær lágmarki við Pc. Annað svæðið er frá Pc til annars mikilvægs styrkleika P0, þar sem Voc eykst á meðan Isc minnkar með vaxandi ljósstyrk og bæði ná núll við P0. Þriðja svæðið er yfir P0 þar til eðlilegu ástandi YBCO er náð. Þrátt fyrir að bæði Voc og Isc séu mismunandi eftir ljósstyrk á sama hátt og á svæði 2, hafa þau gagnstæða pólun fyrir ofan mikilvægan styrk P0. Mikilvægi P0 liggur í því að það eru engin ljósvökvaáhrif og hleðsluaðskilnaðarbúnaðurinn breytist eigindlega á þessum tiltekna tímapunkti. YBCO sýnið verður ekki ofurleiðandi á þessu sviði ljósstyrks en eðlilegu ástandi er enn ekki náð.
Ljóst er að ljóseiginleikar kerfisins eru nátengdir ofurleiðni YBCO og ofurleiðandi umskiptum þess. Mismunaviðnám, dV/dI, á YBCO er sýnt á mynd 2b (neðst) sem fall af leysistyrkleika. Eins og áður hefur komið fram er innbyggður rafmöguleiki í viðmótinu vegna Cooper par dreifingarpunkta frá ofurleiðara til málms. Svipað því sem sést við 50 K, aukast ljósvökvaáhrif með vaxandi leysistyrk frá 0 í Pc. Þegar leysistyrkurinn nær gildi aðeins yfir Pc, byrjar IV ferillinn að halla og viðnám sýnisins byrjar að koma fram, en pólun tengimöguleikans er ekki breytt enn. Áhrif sjónörvunar á ofurleiðni hafa verið rannsökuð á sýnilega eða nálægt IR svæðinu. Þó að grunnferlið sé að brjóta upp Cooper pörin og eyðileggja ofurleiðni25,26, í sumum tilfellum er hægt að auka ofurleiðniskipti27,28,29, jafnvel hægt að framkalla nýja fasa ofurleiðni30. Skortur á ofurleiðni í Pc má rekja til þess að parið sem myndast af ljósmyndum rofnar. Í punktinum P0 verður möguleikinn yfir viðmótið núll, sem gefur til kynna að hleðsluþéttleiki á báðum hliðum viðmótsins nái sama stigi undir þessum tiltekna styrk ljósslýsingar. Frekari aukning á leysistyrkleika leiðir til þess að fleiri Cooper pör eyðileggjast og YBCO er smám saman umbreytt aftur í p-gerð efni. Í stað rafeinda- og Cooper-pardreifingar er eiginleiki viðmótsins nú ákvörðuð af rafeinda- og holudreifingu sem leiðir til pólunar viðsnúnings rafsviðsins í viðmótinu og þar af leiðandi jákvæðs Voc (samanber mynd.1d,h). Við mjög háan leysistyrk mettast mismunaviðnám YBCO að gildi sem samsvarar eðlilegu ástandi og bæði Voc og Isc hafa tilhneigingu til að vera línulega breytileg eftir leysistyrkleika (mynd 2b). Þessi athugun leiðir í ljós að leysigeislun á eðlilegu ástandi YBCO mun ekki lengur breyta viðnám þess og eiginleika ofurleiðara-málmviðmótsins heldur aðeins auka styrk rafeindaholapöranna.
Til að kanna áhrif hitastigs á ljóseiginleikana var málm-ofurleiðarakerfið geislað við bakskautið með bláum leysi með styrkleika 502 mW/cm2. IV ferlar sem fengnir eru við valið hitastig á milli 50 og 300 K eru gefnar upp á mynd 3a. Opið rafrásarspenna Voc, skammhlaupsstraumur Isc og mismunaviðnám er síðan hægt að fá úr þessum IV ferlum og eru sýndar á mynd 3b. Án ljóslýsingar fara allar IV ferlar mældar við mismunandi hitastig framhjá uppruna eins og búist var við (innfelling á mynd 3a). Eiginleikar IV breytast verulega með hækkandi hitastigi þegar kerfið er lýst upp af tiltölulega sterkum leysigeisla (502 mW/cm2). Við lágt hitastig eru IV kúrfurnar beinar línur samsíða I-ásnum með neikvæðu gildi Voc. Þessi ferill færist upp á við með hækkandi hitastigi og breytist smám saman í línu með halla sem ekki er núll við mikilvæga hitastigið Tcp (mynd 3a (efst)). Svo virðist sem allar IV einkennandi ferlar snúist um punkt í þriðja fjórðungi. Voc hækkar úr neikvætt gildi í jákvætt á meðan Isc lækkar úr jákvæðu í neikvætt gildi. Fyrir ofan upphaflega ofurleiðandi umbreytingarhitastigið Tc á YBCO breytist IV ferillinn frekar öðruvísi með hitastigi (neðst á mynd 3a). Í fyrsta lagi færist snúningsmiðja IV ferilanna í fyrsta fjórðung. Í öðru lagi heldur Voc áfram að lækka og Isc hækkar með hækkandi hitastigi (efst á mynd 3b). Í þriðja lagi eykst halli IV ferilanna línulega með hitastigi sem leiðir til jákvæðs hitastigs viðnámsstuðulls fyrir YBCO (neðst á mynd 3b).
Hitastig háð ljóseiginleikum fyrir YBCO-Ag límakerfi undir 502 mW/cm2 leysirlýsingu.
Laserblettmiðjan er staðsett í kringum bakskautskautin (sjá mynd 1i). a, IV ferlar fengnir frá 50 til 90 K (efst) og frá 100 til 300 K (neðst) með hitastigshækkun 5 K og 20 K, í sömu röð. Innfellt a sýnir IV eiginleika við nokkur hitastig í myrkri. Allar ferlurnar fara yfir upphafspunktinn. b, opnu rafrásarspenna Voc og skammhlaupsstraumur Isc (efst) og mismunaviðnám, dV/dI, á YBCO (neðst) sem fall af hitastigi. Núllviðnám ofurleiðandi umbreytingarhitastigs Tcp er ekki gefið upp vegna þess að það er of nálægt Tc0.
Þrjú mikilvæg hitastig má þekkja á mynd 3b: Tcp, fyrir ofan það verður YBCO óofleiðandi; Tc0, þar sem bæði Voc og Isc verða núll og Tc, upphaflegt ofurleiðandi umbreytingarhitastig YBCO án leysigeislunar. Undir Tcp ~ 55 K er leysigeislaði YBCO í ofurleiðandi ástandi með tiltölulega háan styrk Cooper pöra. Áhrif leysigeislunar eru að minnka núllviðnám ofurleiðandi umbreytingarhitastigs úr 89 K í ~55 K (neðst á mynd 3b) með því að draga úr styrk Cooper parsins auk þess að framleiða ljósspennu og straum. Hækkandi hitastig brýtur einnig niður Cooper pörin sem leiðir til minni möguleika í viðmótinu. Þar af leiðandi mun algildi Voc verða minna, þó að sama styrkleiki leysirlýsingar sé beitt. Viðmótmöguleikinn verður minni og minni með frekari hækkun hitastigs og nær núlli við Tc0. Það eru engin ljósvökvaáhrif á þessum sérstaka stað vegna þess að það er ekkert innra svið til að aðskilja rafeindaholapörin af völdum ljóss. Pólun viðsnúningur á möguleikanum á sér stað yfir þessu mikilvæga hitastigi þar sem þéttleiki ókeypis hleðslunnar í Ag lími er meiri en í YBCO sem er smám saman flutt aftur í p-gerð efni. Hér viljum við leggja áherslu á að pólunarviðsnúningur Voc og Isc á sér stað strax eftir núllviðnám ofurleiðarabreytingar, óháð orsök umbreytinganna. Þessi athugun sýnir greinilega, í fyrsta skipti, fylgni á milli ofurleiðni og ljósvökvaáhrifa sem tengjast tengimöguleika málm-ofurleiðara. Eðli þessa möguleika þvert á ofurleiðara-venjulegt málmviðmót hefur verið rannsóknaáhersla síðustu áratugi en það eru margar spurningar sem enn bíða svara. Mæling á ljósvakaáhrifum getur reynst áhrifarík aðferð til að kanna smáatriði (svo sem styrk og pólun o.s.frv.) þessa mikilvæga möguleika og þess vegna varpa ljósi á háhita ofurleiðandi nálægðaráhrifin.
Frekari hækkun á hitastigi frá Tc0 í Tc leiðir til minni styrks Cooper para og aukningar á tengimöguleika og þar af leiðandi stærri Voc. Við Tc verður styrkur Cooper parsins núll og innbyggður möguleiki við viðmótið nær hámarki, sem leiðir til hámarks Voc og lágmarks Isc. Hröð aukning á Voc og Isc (alger gildi) á þessu hitastigi samsvarar ofurleiðandi umskiptum sem er víkkað úr ΔT ~ 3 K í ~34 K með leysigeislun með styrkleika 502 mW/cm2 (mynd 3b). Í venjulegu ástandi fyrir ofan Tc, lækkar opnu rafrásarspennan Voc með hitastigi (efst á mynd 3b), svipað og línuleg hegðun Voc fyrir venjulegar sólarsellur byggðar á pn-mótum31,32,33. Þó að breytingahraði Voc við hitastig (−dVoc/dT), sem er mjög háð leysistyrkleika, sé mun minni en venjulegra sólarsellna, hefur hitastuðull Voc fyrir YBCO-Ag mótum sömu stærðargráðu og af sólarsellunum. Lekastraumur pn tengis fyrir venjulegt sólarsellutæki eykst með hækkandi hitastigi, sem leiðir til lækkunar á Voc þegar hitastig hækkar. Línulegu IV ferlar sem sjást fyrir þetta Ag-ofurleiðarakerfi, vegna í fyrsta lagi mjög lítillar tengimöguleika og í öðru lagi bak-til-bak tengingu tveggja heterojunctions, gerir það erfitt að ákvarða lekastrauminn. Engu að síður þykir mjög líklegt að sama hitaháð lekastraums sé ábyrg fyrir Voc-hegðuninni sem sést í tilraun okkar. Samkvæmt skilgreiningunni er Isc straumurinn sem þarf til að framleiða neikvæða spennu til að bæta upp Voc þannig að heildarspennan sé núll. Þegar hitastig eykst verður Voc minni þannig að minni straumur þarf til að framleiða neikvæðu spennuna. Ennfremur eykst viðnám YBCO línulega með hita yfir Tc (neðst á mynd 3b), sem einnig stuðlar að minni algildi Isc við háan hita.
Taktu eftir að niðurstöðurnar sem gefnar eru upp á myndum 2,3 eru fengnar með leysigeislun á svæðinu í kringum bakskautskaut. Mælingar hafa einnig verið endurteknar með leysiblett sem staðsettur er við rafskaut og svipaðir IV eiginleikar og ljóseiginleikar hafa sést að því undanskildu að pólun Voc og Isc hefur verið snúið við í þessu tilviki. Öll þessi gögn leiða til kerfis fyrir ljósvakaáhrifin, sem er nátengd ofurleiðara-málmviðmótinu.
Í stuttu máli hafa IV einkenni leysigeislaðs ofurleiðandi YBCO-Ag límakerfis verið mæld sem virkni hitastigs og leysistyrkleika. Merkileg ljósavirki hafa sést á hitastigi frá 50 til 300 K. Í ljós kemur að ljóseiginleikar eru í sterkri fylgni við ofurleiðni YBCO keramik. Pólun viðsnúningur á Voc og Isc á sér stað strax á eftir ljósvöldum ofurleiðara yfir í ekki ofurleiðara umskipti. Hitaháð Voc og Isc mæld við fastan leysistyrk sýnir einnig áberandi pólunarviðsnúning við mikilvæga hitastig þar sem sýnið verður viðnám. Með því að staðsetja leysiblettinn á annan hluta sýnisins sýnum við að það er rafmagnsmöguleiki yfir viðmótið, sem veitir aðskilnaðarkraftinn fyrir rafeindaholapörin af völdum ljóss. Þessi tengimöguleiki beinir frá YBCO til málmrafskautsins þegar YBCO er ofurleiðandi og skiptir í gagnstæða átt þegar sýnið verður óofleiðandi. Uppruni möguleikans getur náttúrulega tengst nálægðaráhrifum við málm-ofurleiðara tengi þegar YBCO er ofurleiðari og er áætlað að vera ~10−8 mV við 50 K með leysistyrk 502 mW/cm2. Snerting p-gerð efnis YBCO við eðlilegt ástand við n-gerð efnis Ag-líma myndar hálfgerð pn tengi sem er ábyrgur fyrir ljósavirkni YBCO keramik við háan hita. Ofangreindar athuganir varpa ljósi á PV áhrif í háhita ofurleiðandi YBCO keramik og ryðja brautina fyrir nýjar notkunar í ljóseindatækjum eins og hraðvirkum aðgerðalausum ljósskynjara og stakri ljóseindaskynjara.
Ljósvirkatilraunirnar voru gerðar á YBCO keramiksýni af 0,52 mm þykkt og 8,64 × 2,26 mm2 rétthyrndum lögun og lýst upp með samfelldum bylgjubláum leysigeisli (λ = 450 nm) með leysiblettastærð 1,25 mm í radíus. Með því að nota magnsýni frekar en þunnfilmusýni gerir okkur kleift að rannsaka ljóseiginleika ofurleiðara án þess að þurfa að takast á við flókin áhrif undirlagsins6,7. Þar að auki gæti magn efnið verið til þess fallið að gera einfaldan undirbúningsferli og tiltölulega lágan kostnað. Koparblývírarnir eru tengdir saman á YBCO sýninu með silfurmauki sem mynda fjögur hringlaga rafskaut um 1 mm í þvermál. Fjarlægðin milli spennu rafskautanna tveggja er um 5 mm. IV eiginleikar sýnisins voru mældir með því að nota titringssýnis segulmæli (VersaLab, Quantum Design) með kvars kristal glugga. Hefðbundin fjögurra víra aðferð var notuð til að fá IV kúrfurnar. Hlutfallsleg staða rafskauta og leysiblettsins er sýnd á mynd 1i.
Hvernig á að vitna í þessa grein: Yang, F. o.fl. Uppruni ljósvakaáhrifa í ofurleiðandi YBa2Cu3O6.96 keramik. Sci. þingmaður 5, 11504; Doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Samhverf-bönnuð leysir-framkölluð spenna í YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Uppruni afbrigðilega ljósvakamerkisins í Y-Ba-Cu-O. Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Mæling á leysi-framkölluðum spennum ofurleiðandi Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, o.fl. Skammtímaspenna af völdum leysis í filmum við stofuhita af YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Phys. 67, 4375-4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Óvenjuleg ljóssvörun í YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Ljósmynduð holuburðarinnspýting til YBa2Cu3O7−x í oxíð ólíkri uppbyggingu. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. o.fl. Ljóslosunarrannsókn á YBa2Cu3Oy þunnum filmum við ljóslýsingu. Phys. Séra Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. o.fl. Ljósvökvaáhrif YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction annealed í mismunandi súrefnishlutþrýstingi. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA o.fl. Tveggja bila uppbygging í Yb(Y)Ba2Cu3O7-x einkristöllum. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Slökunarvirki á hálfkornaeiningum í ofurleiðurum með mismunandi bilsbyggingu: Kenning og tilraunir á YBa2Cu3O7-δ . Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Leiðréttingareiginleikar YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Spennandi frásog og ofurleiðni í YBa2Cu3O7-δ. Phys. Séra Lett. 59, 919-922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Tímabundin ljósframleidd leiðni í hálfleiðandi einkristöllum YBa2Cu3O6.3: leit að ljósvöldum málmástandi og að ljósframleiddri ofurleiðni. Samfélag traustra ríkja. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Jarðgangalíkan af ofurleiðandi nálægðaráhrifum. Phys. 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. o.fl. Ofurleiðandi nálægðaráhrif rannsakað á mesoscopic lengdarkvarða. Phys. Séra Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Nálægðaráhrif með ósamhverfum ofurleiðurum. Phys. Rev. B 86, 17514 (2012).
Qu, FM o.fl. Sterk ofleiðandi nálægðaráhrif í Pb-Bi2Te3 blendingsmannvirkjum. Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Nýr kísilpn junction photocell til að breyta sólargeislun í raforku. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Óhreinindi hafa áhrif á ofurleiðandi samhengislengd í Zn- eða Ni-dópuðum YBa2Cu3O6.9 einkristöllum. Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Segulþol ótvinnaðra YBa2Cu3Oy einkristalla í fjölmörgum lyfjamisnotkun: óeðlileg holulyfjafíkn samhengislengdarinnar. Phys. Séra Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Kerfisfræði í hitarafmagni há-T, oxíða. Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. o.fl. Burðarþéttleikaháð skriðþungabreyting á samhangandi toppi og LO-hljóðham í p-gerð há-Tc ofurleiðara. Phys. Séra B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. o.fl. Holuskerðing og rafeindasöfnun í YBa2Cu3Oy þunnum filmum með rafefnafræðilegri tækni: Vísbendingar um n-gerð málmástand. Phys. B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Eðlisfræði og efnafræði Schottky hindrunarhæðarinnar. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Áhrif af kraftmiklum ytri pörbrotum í ofurleiðandi kvikmyndum. Phys. Séra Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. o.fl. Ljósafjörvuð aukning á ofurleiðni. Appl. Phys. Lett. 60, 2159-2161 (1992).
Kudinov, VI o.fl. Viðvarandi ljósleiðni í YBa2Cu3O6+x filmum sem aðferð við ljósmyndun í átt að málm- og ofurleiðandi fasa. Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. o.fl. Ólínuleg grindarvirki sem grundvöllur fyrir aukinni ofurleiðni í YBa2Cu3O6.5. Náttúra 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. o.fl. Ofurleiðni af völdum ljóss í röndóttu kúrati. Vísindi 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA. Hitastigsvirkni háð VOC fyrir sólarsellu í tengslum við nýrri nálgun þess. Afsöltun 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Hitastigsáhrif í Schottky-hindrunar kísilsólfrumum. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM. Hitastig háð færibreytum ljósvakabúnaðar fjölliða-fulleren sólarrafrumna við rekstrarskilyrði. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Þessi vinna hefur verið styrkt af National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60571063), Grundvallarrannsóknarverkefni Henan Province, Kína (Grant No. 122300410231).
FY skrifaði texta blaðsins og MYH útbjó YBCO keramiksýnishornið. FY og MYH gerðu tilraunina og greindu niðurstöðurnar. FGC leiddi verkefnið og vísindalega túlkun gagnanna. Allir höfundar fóru yfir handritið.
Þetta verk er með leyfi samkvæmt Creative Commons Attribution 4.0 International License. Myndirnar eða annað efni frá þriðja aðila í þessari grein er innifalið í Creative Commons leyfi greinarinnar, nema annað sé tekið fram í lánalínu; ef efnið er ekki innifalið í Creative Commons leyfinu þurfa notendur að fá leyfi frá leyfishafa til að endurskapa efnið. Til að skoða afrit af þessu leyfi skaltu fara á http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Uppruni photovoltaic áhrif í ofurleiðandi YBa2Cu3O6.96 keramik. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Með því að senda inn athugasemd samþykkir þú að hlíta skilmálum okkar og samfélagsreglum. Ef þú finnur eitthvað móðgandi eða sem er ekki í samræmi við skilmála okkar eða leiðbeiningar vinsamlegast merktu það sem óviðeigandi.
Birtingartími: 22. apríl 2020