Spas dikim ji bo serdana nature.com. Hûn guhertoyek gerokek bi piştgirîya sînorkirî ya ji bo CSS bikar tînin. Ji bo bidestxistina ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî moda lihevhatinê ya di Internet Explorer-ê de vekin). Di vê navberê de, ji bo misogerkirina piştgirîya domdar, em malperê bêyî şêwaz û JavaScript nîşan didin.
Em di seramîkên YBa2Cu3O6.96 (YBCO) de di navbera 50 û 300 K de ku ji hêla ronahiya lazerê ya şîn ve hatî çêkirin, ku rasterast bi superconductivity ya YBCO û pêwendiya elektrodê YBCO-metalîk ve girêdayî ye, bandora fotovoltaîkî ya balkêş radigihînin. Ji bo voltaja dorhêla vekirî ya Voc û îsc ya dorhêla kurte berevajîkirinek polarîteyê heye dema ku YBCO di veguheztina ji superconducting berbi rewşa berxwedêr re derbas dibe. Em destnîşan dikin ku potansiyelek elektrîkî li seranserê navbera metala superconductor-normal heye, ku hêza veqetandinê ji bo cotên elektron-holê yên ku ji wênekêş têne çêkirin peyda dike. Ev potansiyela navberê ji YBCO ber bi elektroda metalê ve diçe dema ku YBCO superconductorî ye û dema ku YBCO ne-superconductor dibe ber bi arasteya berevajî ve diguhere. Dibe ku eslê potansiyelê bi hêsanî bi bandora nêzikbûnê ya di navbeyna metal-superconductor de were têkildar kirin dema ku YBCO superconductor e û nirxa wê di 50 K de ~ 10-8 mV tê texmîn kirin ku bi giraniya lazerê 502 mW / cm2 ye. Kombûna materyalek p-type YBCO di rewşek normal de bi materyalek n-tîpa Ag-paste re hevbendek quasi-pn pêk tîne ku berpirsiyarê tevgera fotovoltaîkî ya seramîkên YBCO di germahiyên bilind de ye. Vedîtinên me dibe ku rê li ber sepanên nû yên cîhazên foton-elektronîkî vekin û ronahiyek din li ser bandora nêzîkbûna di navbeyna superconductor-metal de vekin.
Voltaya ku ji wêneyê hatî çêkirin di superconductorên germahiya bilind de di destpêka salên 1990-an de hate ragihandin û ji wê hingê ve bi berfirehî hate lêkolîn kirin, lê hêj xweza û mekanîzmaya wê nezelal dimîne1,2,3,4,5. Bi taybetî, fîlimên nazik 6,7,8 YBa2Cu3O7-δ (YBCO) di forma şaneya fotovoltaîk (PV) de bi giranî têne lêkolîn kirin ji ber valahiya wê ya enerjiyê ya guhezbar9,10,11,12,13. Lêbelê, berxwedana bilind a substratê her gav rê li ber veguheztina kêm a cîhazê vedike û taybetmendiyên PV-ya bingehîn ên YBCO8 mask dike. Li vir em bandora fotovoltaîk a balkêş a ku ji hêla ronahiya lazera şîn (λ = 450 nm) ve di seramîkê YBa2Cu3O6.96 (YBCO) de di navbera 50 û 300 K (Tc ~ 90 K) de hatî çêkirin radigihînin. Em destnîşan dikin ku bandora PV rasterast bi superconductivity ya YBCO û xwezaya navbeynkariya elektrodê YBCO-metalîk ve girêdayî ye. Ji bo voltaja dorhêla vekirî Voc û îsc ya dorhêla kurt berevajîkirinek polarîteyê heye dema ku YBCO ji qonaxek superconductor derbasî rewşek berxwedêr dibe. Tê pêşnîyar kirin ku potansiyelek elektrîkê li seranserê navbera metalê ya superconductor-normal heye, ku hêza veqetandinê ji bo cotên elektron-holê yên ku ji wêneyê têne çêkirin peyda dike. Ev potansiyela navberê ji YBCO ber bi elektroda metalê ve diçe dema ku YBCO superconductorî ye û dema ku nimûne nesuperconductor dibe ber bi arasteka berevajî ve diguhere. Dibe ku eslê potansiyelê bi xwezayî bi bandora nêzîkbûnê re têkildar be 14,15,16,17 di navbeyna metal-superconductor de dema ku YBCO superconductor e û nirxa wê ~ 10−8 mV di 50 K de bi tundiya lazerê ya 502 mW tê texmîn kirin. /cm2. Kombûna materyalek p-type YBCO di rewşek normal de bi materyalek n-tîpa Ag-paste re, bi îhtîmalek mezin, girêkek quasi-pn pêk tîne ku berpirsiyarê tevgera PV ya seramîkên YBCO di germahiyên bilind de ye. Çavdêriyên me ronahiyek din li ser eslê bandora PV-yê di seramîkên YBCO yên superconducker ên germahiya bilind de ronî dikin û rê li ber sepana wê di cîhazên optoelektronîk ên wekî detektora ronahiya pasîf a bilez û hwd vedikin.
Xiflteya 1a-c nîşan dide ku taybetmendiyên IV yên nimûneya seramîk a YBCO li 50 K. Bêyî ronahiya ronahiyê, voltaja li seranserê nimûneyê bi guheztina niha re di sifirê de dimîne, wekî ku ji materyalek superconductor tê hêvî kirin. Dema ku tîrêja lazerê ber bi katodê ve tê rêve kirin, bandora fotovoltaîk a eşkere xuya dike (Hêjî. 1a): kelûpelên IV yên paralel bi tebeqeya I-yê re ber bi xwarê ve diçin bi zêdebûna tundiya lazerê. Eşkere ye ku voltajek neyînî ya ku ji wêneyê hatî hilberandin jî bêyî herek heye (bi gelemperî jê re voltaja dorhêla vekirî Voc tê gotin). Zêdebûna sifirê ya IV-ê nîşan dide ku nimûne hîn jî di bin ronahiya lazerê de superconducting e.
(a–c) û 300 K (e–g). Nirxên V(I) bi şûştina herikê ji -10 mA ber +10 mA di valahiyê de hatin bidestxistin. Tenê beşek ji daneyên ceribandinê ji bo zelaliyê têne pêşkêş kirin. a, Taybetmendiyên voltaja niha ya YBCO bi deqa lazerê ya ku li katodê (i) hatî danîn têne pîvandin. Hemî kelûpelên IV-ê xetên rast ên horizontî ne ku destnîşan dikin ku nimûne hîn jî bi tîrêjkirina lazerê re superconduktor e. Kevir bi zêdekirina tundiya lazerê ber bi jêr ve diçe, û destnîşan dike ku di navbera her du lûleyên voltaja de potansiyelek neyînî (Voc) jî bi heyama sifir heye. Dema ku lazer li navenda nimûneyê bi ether 50 K (b) an 300 K (f) ve tê rêve kirin, çîpên IV nayê guhertin. Dema ku anode ronî dibe, xeta horizontal ber bi jor ve diçe (c). Modelek şematîkî ya girêdana metal-superconductor li 50 K di d. Taybetmendiyên voltaja niha ya rewşa normal YBCO di 300 K de ku bi tîrêjê lazerê ku li katod û anodê hatî destnîşan kirin bi rêzdarî bi e û g têne pîvandin. Berevajî encamên li 50 K, hêlîna ne-sifir a xetên rast destnîşan dike ku YBCO di rewşek normal de ye; nirxên Voc bi tundiya ronahiyê di rêgezek berevajî de diguhezin, ku mekanîzmayek cûdakirina barkirinê destnîşan dike. Struktura navbeynkar a gengaz a li 300 K di hj Wêneya rastîn a nimûneya bi rêberan de tê xuyang kirin.
YBCO-ya dewlemend a oksîjenê di rewşa superconductor de ji ber valahiya xweya pir piçûk a enerjiyê (Mînakî) 9,10 dikare hema hema tevahiya tîrêja rojê bigire, bi vî rengî cotên elektron-holê (e–h) çêbike. Ji bo hilberandina voltaja dorhêla vekirî ya Voc bi vegirtina fotonan, pêdivî ye ku berî ku ji nû ve kombînasyon çêbibe, cotên eh yên ku ji wêneyan hatine çêkirin bi cîh werin veqetandin18. Voc neyînî, li gorî katod û anodê ku di jimar 1i de hatî destnîşan kirin, destnîşan dike ku potansiyelek elektrîkî li seranserê navbera metal-superconductor heye, ku elektronan berbi anodê û kunên katodê vedigire. Ger wusa be, divê di heman demê de potansiyelek ji superconductor berbi elektroda metal a li anodê jî hebe. Ji ber vê yekê, heke qada nimûneyê ya nêzî anodê ronî bibe, dê Vocek erênî were bidestxistin. Wekî din, dema ku cîhê lazerê ber bi deverên dûrî elektrodê ve tê destnîşan kirin, divê voltaja wênekêşkirî tune be. Bê guman wisa ye ku ji Fig. 1b,c tê dîtin!.
Dema ku lekeya ronahiyê ji elektroda katodê ber bi navenda nimûneyê ve diçe (nêzîkî 1,25 mm ji navberan dûr), bi zêdekirina tundiya lazerê heya nirxa herî zêde ya berdest tu guherbarên IV û Voc nayê dîtin (Hêjîrê 1b) . Bi xwezayî, ev encam dikare ji jiyana tixûbdar a hilgirên wênekêş û nebûna hêza veqetandinê di nimûneyê de were hesibandin. Gava ku nimûne ronî dibe, cotên elektron-holê dikarin werin afirandin, lê piraniya cotên e-h dê werin tunekirin û heke lekeya lazerê li deverên dûr ji yek ji elektrodê bikeve, bandorek fotovoltaîk nayê dîtin. Dûv re cihê lazerê ber bi elektrodên anodê ve diherike, kelûpelên IV-ê yên paralel bi eksê I-yê re bi zêdebûna tundiya lazerê ber bi jor ve diçin (Hêjîrê. 1c). Qada elektrîkê ya çêkirî ya bi heman rengî di navgîniya metal-superconductor li anode de heye. Lêbelê, elektrodê metalîk vê carê bi pêşengiya erênî ya pergala ceribandinê ve girêdide. Kunên ku ji hêla lazerê ve têne hilberandin berbi berika anodê ve têne avêtin û bi vî rengî Vocek erênî tê dîtin. Encamên ku li vir têne pêşkêş kirin delîlek xurt peyda dikin ku bi rastî potansiyelek navberê heye ku ji superconductor berbi elektrodê metal ve tê destnîşan kirin.
Bandora fotovoltaîk di seramîkên YBa2Cu3O6.96 de li 300 K di jimar 1e–g de tê xuyang kirin. Bêyî ronahiya ronahiyê, keviya IV ya nimûneyê xetek rast e ku ji eslê xwe derbas dibe. Ev xêza rast ber bi jor ve paralel bi ya orîjînal re ber bi jor ve dimeşe, digel ku tundiya lazerê zêde dibe ku li berikên katodê radibe (Hêjî. 1e). Ji bo amûrek fotovoltaîk du rewşên sînordar ên berjewendiyê hene. Rewşa danûstendina kurt dema ku V = 0 çêdibe. Di vê rewşê de herikîn wekî tîrêjê kurt (Isc) tê binav kirin. Rewşa sînordar a duyemîn rewşa dorhêla vekirî ye (Voc) ku dema R→∞ an jî niha sifir be pêk tê. Xiflteya 1e bi zelalî nîşan dide ku Voc pozîtîf e û bi zêdebûna tundiya ronahiyê re zêde dibe, berevajî encama ku li 50 K hatiye bidestxistin; dema ku Isc-ya neyînî tê dîtin ku bi ronahiya ronahiyê re mezinahî zêde dibe, tevgerek tîpîk a şaneyên rojê yên normal.
Bi heman awayî, dema ku tîrêjê lazerê li deverên dûr ji elektrodê têne xuyang kirin, kêşa V(I) ji tundiya lazerê serbixwe ye û bandorek fotovoltaîk xuya nake (Hêjî. 1f). Mîna pîvandina li 50 K, dema ku elektroda anodê tê tîrêjkirin, kelûpelên IV ber bi arasteya berevajî ve diçin (Hêjîra 1g). Hemî van encamên ku ji bo vê pergala paste ya YBCO-Ag li 300 K bi lazerê ku li cihên cihêreng ên nimûneyê hatî tîrêj kirin, bi potansiyelek navbeynkar berevajî ya ku li 50 K tê dîtin re hevaheng in.
Piraniya elektronan di duçikên Cooper de di YBCO ya superconductor de li jêr germahiya wê ya derbasbûna Tc de diqelişe. Dema ku di elektrodê metal de, hemî elektron di forma yekjimar de dimînin. Ji bo elektronên yekjimar û cooperên Cooper-ê li dor têkeliya metal-superconductor gradientek tîrêjê ya mezin heye. Elektronên yekjimar ên piranî-hilgir ên di materyalê metalî de dê li herêma superconductor belav bibin, lê cooper-a pir-hilgir li herêma YBCO dê di nav devera metal de belav bibin. Ji ber ku cotên Cooper yên ku ji elektronên yekjimar zêdetir bar hildigirin û xwedan livînek mezintir in ji YBCO di nav devera metalîkî de belav dibin, atomên bi barkirina erênî li dû xwe dimînin, û di encamê de qada elektrîkê li herêma barkirina fezayê çêdibe. Arasteya vê zeviya elektrîkê di xêza şematîkî ya Fig. 1d de tê nîşandan. Ronahiya fotonê ya rûdanî li nêzê devera barkirina fezayê dikare cotên eh biafirîne ku dê ji hev werin veqetandin û şûştin û di riya berevajî-biasê de ronahiyek wêneyan çêbike. Hema ku elektron ji qada elektrîkê ya înşaetî derdikevin, ew di nav cotan de diqelibin û bêyî berxwedan diherikin elektroda din. Di vê rewşê de, Voc berevajî polarîteya pêş-sazkirî ye û dema ku tîra lazerê li devera li dora elektroda neyînî destnîşan dike nirxek neyînî nîşan dide. Ji nirxa Voc, potansiyela li seranserê navberê dikare were texmîn kirin: Dûrahiya di navbera her du lîreyên voltaja d ~ 5 × 10−3 m ye, stûrahiya pêwendiya metal-superconductor, di, divê heman rêza mezinahiyê be. wekî dirêjahiya hevrêziya superconductor YBCO (~ 1 nm) 19,20, nirxa Voc = 0,03 mV, Vms potansiyel li pêwendiya metal-superconductor wekî ~ 10−11 V li 50 K bi tundî ya lazerê 502 mW/cm2 tête nirxandin, bi karanîna hevkêşanê,
Em dixwazin li vir tekez bikin ku voltaja wênekêşî bi bandora termal a wêneyê nayê rave kirin. Bi azmûnî hatiye tesbît kirin ku hevsengiya Seebeck a superconductor YBCO Ss = 021 e. Rêjeya Seebeck ji bo têlên sifir di rêza SCu = 0,34–1,15 μV/K3 de ye. Germahiya têla sifir a li cihê lazerê dikare bi mîqdarek piçûk 0,06 K were bilind kirin û bi leza lazerê ya herî zêde di 50 K de peyda dibe. Ev dikare potansiyelek termoelektrîkî ya 6,9 × 10−8 V çêbike ku sê rêzik ji mezinatiya piçûktir e. Voc ku di jimar 1 (a) de hatî wergirtin. Eşkere ye ku bandora termoelektrîkê ji bo ravekirina encamên ceribandinê pir piçûk e. Bi rastî, guheztina germahiyê ya ji ber tîrêjkirina lazerê dê di kêmtirî yek hûrdem de winda bibe da ku tevkariya ji bandora termal bi ewlehî were paşguh kirin.
Vê bandora fotovoltaîkî ya YBCO li germahiya odeyê diyar dike ku mekanîzmayek cûdakirina barkirinê li vir têkildar e. Di rewşa normal de YBCO-ya superconduktor materyalek p-type ye ku bi kunên wekî hilgirê barkirinê22,23 heye, dema ku pasta Ag-ya metalî xwedan taybetmendiyên materyalek celeb-n e. Mîna hevbendên pn, belavbûna elektronan di pasta zîv û kunên di seramîkên YBCO de dê zeviyek elektrîkî ya hundurîn çêbike ku li ser navberê seramîka YBCO destnîşan dike (Hêjî. 1h). Ev qada hundurîn e ku hêza veqetandinê peyda dike û ji bo pergala pasteya YBCO-Ag li germahiya odeyê, wekî ku di Fig. Alternatîf, Ag-YBCO dikare girêkek Schottky-ya p-yê ava bike ku di heman demê de dibe sedema potansiyelek navbeynkar bi heman polarîteyê wekî modela ku li jor hatî pêşkêş kirin24.
Ji bo vekolîna pêvajoya geşepêdana hûrgulî ya taybetmendiyên fotovoltaîk di dema veguheztina superconductorî ya YBCO de, kelûpelên IV-ê yên nimûneyê li 80 K bi tîrêjên lazer ên hilbijartî yên ku li elektrodê katodê ronî dikin hatin pîvandin (Wêne. 2). Bêyî tîrêjkirina lazerê, voltaja li seranserê nimûneyê bêyî ku niha hebe di sifirê de dimîne, ku rewşa superconducker a nimûneyê di 80 K de nîşan dide (Hêjî. 2a). Mîna daneyên ku li 50 K-yê hatine bidestxistin, kelûpelên IV-ê yên paralel bi tenga I-yê re ber bi xwarê ve diçin bi zêdebûna tundiya lazerê heya ku bigihîje nirxek krîtîk Pc. Li ser vê tundiya lazerê ya krîtîk (Pc), superconductor derbasbûnek ji qonaxek superconductor bo qonaxek berxwedêr derbas dibe; voltaja ji ber xuyabûna berxwedanê di superconductor de bi niha re dest bi zêdebûnê dike. Wekî encamek, kembera IV-ê dest pê dike ku bi eksê I û V-xebatê re diqewime ku di destpêkê de dibe sedema Vocek neyînî û Iscek erênî. Naha dixuye ku nimûne di rewşek taybetî de ye ku tê de polarîteya Voc û Isc ji tundiya ronahiyê zehf hesas e; bi zêdebûnek pir piçûk a ronahiyê re Isc ji erênî vediguhezîne neyînî û Voc ji neyînî vediguhezîne nirxa erênî, eslê xwe derbas dike (hesasiya bilind a taybetmendiyên fotovoltaîk, nemaze nirxa Isc, ji ronahiya ronahiyê re bi zelalî di Fig. 2b). Di tundiya lazerê ya herî bilind de berdest, kelûpelên IV mebest dikin ku bi hevûdu re paralel bin, ku rewşa normal a nimûneya YBCO nîşan dide.
Navenda deqê ya lazerê li dora elektrodên katodê cih digire (binêre Fig. 1i). a, kevroşkên IV yên YBCO bi tundiyên lazer ên cihêreng têne tîrêj kirin. b (jor), Girêdana tundiya lazerê ya voltaja dorhêla vekirî ya Voc û tîrêja kurt Isc. Nirxên Isc-ê di tîrêjiya ronahiyê ya kêm (<110 mW/cm2) de nayên bidestxistin ji ber ku kurmên IV-ê bi eksê I-yê re paralel in dema ku nimûne di rewşa superconducting de ye. b (jêr), berxwedana cihêreng wekî fonksiyonek tundiya lazerê.
Girêdana tundiya lazerê ya Voc û Isc di 80 K de di Fig. 2b (jor) de tê nîşandan. Taybetmendiyên fotovoltaîk dikarin li sê herêmên tundiya ronahiyê werin nîqaş kirin. Herêma yekem di navbera 0 û Pc de ye, ku tê de YBCO superconducter e, Voc neyînî ye û bi tundiya ronahiyê kêm dibe (nirxa mutleq zêde dibe) û di Pc de digihîje herî kêm. Devera duyemîn ji Pc-ê berbi hêzek din a krîtîk P0 ye, ku tê de Voc zêde dibe dema ku Isc bi zêdebûna tundiya ronahiyê kêm dibe û her du jî di P0 de digihîjin sifirê. Herêma sêyemîn li jor P0 ye heya ku rewşa normal ya YBCO negihîje. Her çend hem Voc û hem jî Isc bi tundiya ronahiyê bi heman rengî wekî li herêma 2-ê diguhezin, ew xwedan polarîteyek berevajî li ser tundiya krîtîk P0 ne. Girîngiya P0 di vê yekê de ye ku bandorek fotovoltaîk tune û mekanîzmaya veqetandina barkirinê di vê xala taybetî de bi kalîte diguhezîne. Nimûneya YBCO di vê rêza tundiya ronahiyê de ne-superconductor dibe lê rewşa normal hîna ku nehatiye bidestxistin.
Eşkere ye, taybetmendiyên fotovoltaîk ên pergalê ji nêz ve bi superconductivity ya YBCO û veguherîna wê ya superconducting ve girêdayî ne. Berxwedana cihêreng, dV/dI, ya YBCO di Fig. Wekî ku berê jî behs kir, potansiyela elektrîkê ya di navberê de ji ber xalên belavbûna cooper Cooper ji superconductor heya metal. Mîna ya ku li 50 K tê dîtin, bandora fotovoltaîk bi zêdebûna tundiya lazerê ji 0 ber Pc zêde dibe. Gava ku tundiya lazerê digihîje nirxek piçek ji Pc-ê, keviya IV dest pê dike û berxwedana nimûneyê dest pê dike, lê polarîteya potansiyela navberê hîna nehatiye guheztin. Bandora heyecana optîkî ya li ser superconductivity li herêma xuya an nêzîk-IR hatiye lêkolîn kirin. Digel ku pêvajoya bingehîn parçekirina cotên Cooper-ê û hilweşandina superconductivity e25,26, di hin rewşan de veguheztina superconductivity dikare were zêdekirin27,28,29, qonaxên nû yên superconductivity jî dikarin bêne çêkirin30. Nebûna superconductivity li Pc-ê dikare ji şikandina cotê ku ji hêla wêneyê ve hatî çêkirin ve girêdayî ye. Di xala P0 de, potansiyela li seranserê navberê sifir dibe, û destnîşan dike ku tîrêjiya barkirinê di her du aliyên navberê de di bin vê giraniya taybetî ya ronahiya ronahiyê de digihîje heman astê. Zêdebûna zêdebûna ziravbûna lazerê dibe sedema wêranbûna bêtir cotên Cooper û YBCO hêdî hêdî vedigere materyalek celeb-p. Li şûna belavkirina cotê elektron û Cooper, taybetmendiya navberê naha ji hêla belavkirina elektron û qulikê ve tê destnîşankirin ku dibe sedema vegerandina polarîteyê ya qada elektrîkê ya di navberê de û di encamê de Vocek erênî (Berhev Fig.1d,h). Di şiyana lazerê ya pir zêde de, berxwedana cihêreng a YBCO digihîje nirxek ku bi rewşa normal re têkildar e û hem Voc û hem jî Isc bi tundiya lazerê re xêz diguhezin (Hêl. 2b). Ev çavdêrî eşkere dike ku tîrêjkirina lazerê ya li ser rewşa normal YBCO dê êdî berxwedêriya xwe û taybetmendiya navbeynkariya superconductor-metal neguhezîne lê tenê hûrbûna cotên elektron-holê zêde bike.
Ji bo vekolîna bandora germahiyê li ser taybetmendiyên fotovoltaîk, pergala metal-superconductor li katodê bi lazera şîn a bi tundiya 502 mW/cm2 hate tîrêjkirin. Kûçikên IV yên ku di germahiyên hilbijartî yên di navbera 50 û 300 K de hatine bidestxistin di jimar 3a de têne dayîn. Dûv re voltaja dorhêla vekirî Voc, îsc ya dorhêla kurt û berxwedana dîferansiyel dikare ji van kelûpelên IV were wergirtin û di jimar 3b de têne xuyang kirin. Bêyî ronahiya ronahiyê, hemî kelûpelên IV-ê yên ku di germahiyên cihêreng de têne pîvandin wekî ku tê hêvî kirin ji eslê xwe derbas dibin (navdêra Fig. 3a). Taybetmendiyên IV-ê bi zêdebûna germahiyê re pir diguhezin dema ku pergal ji hêla tîrêjek lazerek bi hêz (502 mW / cm2) ve tê ronî kirin. Di germahiyên nizm de qertafên IV xêzên rast ên paralel bi tenga I-yê re bi nirxên neyînî yên Voc re ne. Ev kevî bi zêdebûna germahiyê ber bi jor ve diçe û gav bi gav di germahiyek krîtîk Tcp de vediguhere xetek bi xêzek nesifir (Hêjî. 3a (jor)). Wusa dixuye ku hemî kêşeyên taybetmendiya IV li dora xalek di çargoşeya sêyemîn de dizivirin. Voc ji nirxek neyînî berbi yekî erênî zêde dibe dema ku Isc ji nirxek erênî berbi nirxek neyînî kêm dibe. Li jor germahiya veguheztina superconductor ya orîjînal Tc ya YBCO, keviya IV bi germahiyê re bi rengekî cûda diguhezîne (binê Fig. 3a). Pêşîn, navenda zivirîna çerxên IV ber bi çargoşeya yekem ve diçe. Ya duyemîn, Voc her ku diçe kêm dibe û Isc bi zêdebûna germahiyê re zêde dibe (seriya Fig. 3b). Ya sêyem, keviya kevroşkên IV bi germahiyê re bi rêkûpêk zêde dibe û di encamê de rêjeyek germahiya erênî ya berxwedanê ji bo YBCO çêdibe (binê Fig. 3b).
Girêdana germahiyê ya taybetmendiyên fotovoltaîk ji bo pergala pasteya YBCO-Ag di bin ronahiya lazerê ya 502 mW / cm2 de.
Navenda deqê ya lazerê li dora elektrodên katodê cih digire (binêre Fig. 1i). a, kevroşkên IV ji 50 heta 90 K (jor) û ji 100 heta 300 K (jêr) bi zêdebûna germahiyê 5 K û 20 K, bi rêzê ve hatine wergirtin. Inset a taybetmendiyên IV di çend germahiyan de di tariyê de nîşan dide. Hemî kêşan xala bingehîn derbas dikin. b, voltaja dorhêla vekirî Voc û nihaya dorhêla kurt Isc (jor) û berxwedana cûda, dV/dI, ya YBCO (jêr) wekî fonksiyonek germahiyê. Germahiya veguherîna superconducting Tcp ji ber ku ew pir nêzîkê Tc0 ye nayê dayîn.
Sê germahiyên krîtîk dikarin ji Fig. 3b werin naskirin: Tcp, li jor ku YBCO ne-superconducting dibe; Tc0, ku li wê derê hem Voc û hem jî Isc dibin sifir û Tc, germahiya veguheztina superconduktor a destpêkê ya destpêkê ya YBCO bêyî tîrêjkirina lazerê. Li jêr Tcp ~ 55 K, YBCO-ya tîrêjkirî ya lazerê di rewşek superconductor de ye û bi giraniya nisbeten bilind a cotên Cooper. Bandora tîrêjkirina lazerê ew e ku germahiya derbasbûna superconducker a berxwedanê ya sifir ji 89 K berbi ~55 K (jêra Fig. 3b) kêm bike, bi kêmkirina berhevoka cooper Cooper re ji bilî hilberîna voltaja fotovoltaîk û niha. Zêdebûna germahiyê di heman demê de cotên Cooper-ê jî dişikîne û dibe sedema potansiyelek kêmtir di navberê de. Di encamê de, nirxa bêkêmasî ya Voc dê piçûktir bibe, her çend heman tundiya ronahiya lazerê tê sepandin. Potansiyela navberê dê bi zêdebûna germahiyê re piçûktir û piçûktir bibe û di Tc0 de bigihîje sifirê. Di vê nuqteya taybetî de bandorek fotovoltaîk tune ji ber ku zeviyek hundurîn tune ku cotên elektron-holê yên ku ji wêneyê têne derxistin ji hev veqetîne. Veguheztinek polarîteyê ya potansiyelê li jor vê germahiya krîtîk pêk tê ji ber ku tîrêjiya barkirina belaş di pasta Ag de ji ya YBCO mezintir e ku hêdî hêdî vedigere materyalek celeb-p. Li vir em dixwazin tekez bikin ku vegerandina polarîteyê ya Voc û Isc yekser piştî veguheztina superconducting a berxwedanê ya sifir pêk tê, bêyî ku sedemê veguheztinê be. Ev çavdêrî bi eşkere eşkere dike, ji bo cara yekem, pêwendiya di navbera superconductivity û bandorên fotovoltaîk ên ku bi potansiyela pêwendiya metal-superconductor ve girêdayî ne. Xwezaya vê potansiyelê li seranserê navbeynkariya metalê ya superconductor-normal di van çend deh salên dawî de lêkolînek girîng e lê hîn jî gelek pirs hene ku li benda bersivê ne. Pîvandina bandora fotovoltaîk dibe ku bibe rêbazek bi bandor ji bo vekolîna hûrguliyan (wekî hêz û polarîteya wê û hwd.) ya vê potansiyela girîng û ji ber vê yekê ronahiyê bide ser bandora nêzîkbûna germahiya bilind.
Zêdebûna zêde ya germahiyê ji Tc0 ber Tc dibe sedema hûrbûnek piçûktir a cotên Cooper û pêşveçûnek di potansiyela navberê de û di encamê de Voc mezintir. Li Tc, berhevoka cooper Cooper sifir dibe û potansiyela avabûnê ya di navberê de digihîje herî zêde, di encamê de herî zêde Voc û kêmtirîn Isc. Zêdebûna bilez a Voc û Isc (nirxa bêkêmasî) di vê rêza germahiyê de bi veguheztina superconducker re têkildar e ku ji ΔT ~ 3 K ber ~ 34 K ve bi tîrêjkirina lazerê ya bi tundiya 502 mW/cm2 ve tê firehkirin (Hêl. 3b). Di rewşên normal ên li jor Tc de, voltaja dorhêla vekirî ya Voc bi germahiyê re kêm dibe (seriya Fig. 3b), dişibihe tevgera xêzikî ya Voc ji bo şaneyên rojê yên normal ên li ser bingeha girêkên pn31,32,33. Her çend rêjeya guherîna Voc bi germahiyê (−dVoc/dT), ku bi tundî bi tundiya lazerê ve girêdayî ye, ji ya şaneyên rojê yên normal pir piçûktir e, rêjeya germahiya Voc ji bo hevberdana YBCO-Ag bi heman rêzê ye. ji şaneyên rojê. Herikîna helandinê ya pêvekek pn ji bo amûrek hucreya rojê ya normal bi zêdebûna germahiyê re zêde dibe, her ku germahî zêde dibe sedema kêmbûna Voc. Kevirên IV-ya xêz ên ku ji bo vê pergala Ag-superconductor têne dîtin, ji ber yekem potansiyela pêwendiya pir piçûk û ya duyemîn jî girêdana paş-bi-paş a her du heterojunctionan, destnîşankirina herikîna leaksiyonê dijwar dike. Digel vê yekê, pir îhtîmal e ku heman pêwendiya germahiyê ya lehiyê berpirsiyariya tevgera Voc e ku di ceribandina me de tê dîtin. Li gorî pênase, Isc niha hewce ye ku voltaja neyînî hilberîne da ku Voc telafî bike da ku voltaja tevahî sifir be. Her ku germahî zêde dibe, Voc piçûktir dibe ku ji bo hilberandina voltaja neyînî hindik tîrêj hewce dike. Wekî din, berxwedana YBCO bi germahiya li jor Tc (jêra Fig. 3b) bi rengek xêzik zêde dibe, ev jî di germahiyên bilind de beşdarî nirxa mutleq a piçûktir a Isc dibe.
Bala xwe bidinê ku encamên ku di jimarên 2,3 de hatine dayîn bi tîrêjkirina lazerê li devera li dora elektrodên katodê têne wergirtin. Pîvandin di heman demê de bi deqa lazerê ya ku li anodê hatî bicîh kirin jî hatine dubare kirin û taybetmendiyên IV-ê yên wekhev û taybetmendiyên fotovoltaîk hatine dîtin ji bilî ku polarîteya Voc û Isc di vê rewşê de berevajî bûye. Hemî van daneyan dibin sedema mekanîzmayek ji bo bandora fotovoltaîk, ku ji nêz ve bi navbeynkariya superconductor-metal ve girêdayî ye.
Bi kurtahî, taybetmendiyên IV-ê yên pergala pasta superconducting YBCO-Ag ya lazerî wekî fonksiyonên germahî û tundiya lazerê hatine pîvandin. Bandora fotovoltaîk a balkêş di navbêna germahiyê de ji 50 heta 300 K hatiye dîtin. Tê dîtin ku taybetmendiyên fotovoltaîk bi hêzdarbûna seramîkên YBCO re têkildar e. Veguheztina polarîteyê ya Voc û Isc yekser piştî veguheztina superconductoriya wênekêşkirî berbi ne-superconducting pêk tê. Girêdana germahiyê ya Voc û Isc ya ku bi tundiya lazerê ya sabît tê pîvandin di germahiyek krîtîk de ku li jorê wê nimûne berxwedêr dibe, vegerandinek polarîteyê ya diyar jî nîşan dide. Bi cîhkirina cîhê lazerê li beşên cihêreng ên nimûneyê, em destnîşan dikin ku li seranserê navberê potansiyelek elektrîkî heye, ku hêza veqetandinê ji bo cotên elektron-holê yên ku ji wêneyê têne çêkirin peyda dike. Ev potansiyela navberê ji YBCO ber bi elektroda metalê ve diçe dema ku YBCO superconductorî ye û dema ku nimûne nesuperconductor dibe ber bi arasteka berevajî ve diguhere. Dibe ku eslê potansiyelê bi xwezayî bi bandora nêzikbûnê ya di navbeyna metal-superconductor de têkildar be dema ku YBCO superconductor e û tê texmîn kirin ku ~ 10−8 mV li 50 K bi giraniya lazerê 502 mW/cm2 be. Têkiliya materyalek p-type YBCO di rewşek normal de bi materyalek n-tîpa Ag-paste re hevbendek quasi-pn pêk tîne ku berpirsiyariya tevgera fotovoltaîkî ya seramîkên YBCO di germahiya bilind de ye. Çavdêriyên jorîn ronahiyê didin ser bandora PV-ê di seramîkên YBCO yên superconduktor ên germahiya bilind de û rê li ber sepanên nû di cîhazên optoelektronîkî de wekî detektora ronahiya pasîf a bilez û detektora yek fotonê vedike.
Ceribandinên bandora fotovoltaîk li ser nimûneyek seramîk a YBCO ya bi qalindahiya 0,52 mm û şeklê çargoşeyî 8,64 × 2,26 mm2 hatin kirin û bi pêla şîn-lasera domdar (λ = 450 nm) bi mezinahiya lûleya lazerê ya 1,25 mm di tîrêjê de hate ronî kirin. Bikaranîna pirtirkêmtir ji nimûneya fîlima tenik me dihêle ku em taybetmendiyên fotovoltaîk ên superconductor lêkolîn bikin bêyî ku em bi bandora tevlihev a substratê re mijûl bibin6,7. Digel vê yekê, materyalê girs dikare ji bo pêvajoya amadekirina wê ya hêsan û lêçûnek nisbeten arîkar be. Têlên tîrêjê yên sifir li ser nimûneya YBCO bi pasta zîv re têne hev kirin ku çar elektrodên dorhêl ên bi dirêjahiya 1 mm pêk tê. Dûrahiya di navbera du elektrodên voltaja de bi qasî 5 mm e. Taybetmendiyên IV-ê yên nimûneyê bi karanîna magnetometreya nimûneya vibrasyonê (VersaLab, Quantum Design) bi pencereyek krîstal a quartz ve hatin pîvandin. Rêbaza çar-têl standard ji bo bidestxistina kelûpelên IV hate bikar anîn. Helwestên têkildar ên elektrod û cihê lazerê di jimar 1i de têne xuyang kirin.
Meriv çawa vê gotarê vedibêje: Yang, F. et al. Di seramîkên seramîkên YBa2Cu3O6.96 de çavkaniya bandora fotovoltaîk. Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Symmetry-qedexe voltajên lazer-derxistî li YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Origina sînyala fotovoltaîk a anormal di Y-Ba-Cu-O de. Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Pîvana voltaja bi lazerê ya superconducting Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Di fîlimên germahiya jûreyê yên YBa2Cu3O7-x de voltaja-lazerê ya derbasbûyî. J. Appl. Phys. 67, 4375-4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Bersiva fotovoltaîk a anomal di YBa2Cu3O7 de. Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Derziya hilgirê qulikê ya fotogenerated ji bo YBa2Cu3O7−x di heterostrukturek oksîdê de. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Lêkolîna wênekêşiya fîlimên tenik YBa2Cu3Oy di bin ronahiya ronahiyê de. Phys. Rev. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Bandora fotovoltaîk ya YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3: Heterojunction Nb ku di zexta parçeyî ya oksîjenê ya cihêreng de tê helandin. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Avahiya du-Gap di Yb(Y)Ba2Cu3O7-x yek krîstal de. J. Supercond. 7, 361-365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Dînamîkên rehetbûna Quasiparticle di superconductors bi strukturên valahiyê yên cihêreng: Teorî û ceribandinên li ser YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Rastkirina taybetmendiyên YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB vekêşana Excitonic û superconductivity di YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. 59, 919-922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Veguhastina wênesazkirî ya Transient di krîstalên yekane yên nîvconductorî yên YBa2Cu3O6.3 de: lêgerîna li rewşa metalîkî ya wênesazkirî û ji bo superconduktiviya wênesazkirî. Solid State Commun. 72, 345-349 (1989).
McMillan, WL Tunneling modela bandora nêzîkbûna superconducting. Phys. Rev. 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Bandora nêzîkbûnê ya superconducting li ser pîvanek dirêjahiya mezoskopî tê lêkolîn kirin. Phys. Rev. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Bandora nêzîkbûna bi superconductors noncentrosymmetric. Phys. Rev. B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Di strukturên hîbrid ên Pb-Bi2Te3 de bandora nêzîkbûna superconducting xurt. Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Fotocellek nû ya silicon pn ji bo veguheztina tîrêjên rojê li hêza elektrîkê. J. App. Phys. 25, 676-677 (1954).
Tomimoto, K. Bandorên nepaqijiyê li ser dirêjahiya hevrêziya superconducting di yek krîstalên Zn- an Ni-dopekirî YBa2Cu3O6.9 de. Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance of Untwinned YBa2Cu3Oy single crystals di navberek berfireh a dopîngê de: Girêdana anormal a hole-dopingê ya dirêjahiya hevrêziyê. Phys. Rev. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Sîstematîk di hêza termoelektrîkî ya bilind-T, oksîdan de. Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Veguheztina leza girêdayi-hilgir-girêdayî ya lûtkeya hevgirtî û moda fononê LO di superconductorên Tc-ya bilind-p-type de. Phys. Rev. B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Kêmkirina qulikê û berhevkirina elektronê di fîlimên zirav ên YBa2Cu3Oy de ku teknîkek elektrokîmyayî bikar tînin: Delîl ji bo rewşek metalîkî ya n-yê. Phys. Rev. B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Fîzîk û kîmya bilindahiya astenga Schottky. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Bandorên Têkbirina Cotê Derveyî Dînamîkî di Fîlmên Superconducting de. Phys. Rev. 33, 215-219 (1974).
Nieva, G. et al. Zêdekirina superconductivity ya ku ji hêla wênekêş ve hatî çêkirin. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Di fîlimên YBa2Cu3O6+x de wênesaziya domdar wekî rêbazek fotodopîngkirina berbi qonaxên metallîk û superconduktor. Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Dînamîkên tîrêjê yên nehêl wekî bingehek ji bo pêşkeftîbûna zêde ya di YBa2Cu3O6.5 de. Xweza 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. et al. Superconductivity-ronahiyê di kûpek rêzkirî de. Science 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Girêdana fonksiyonê ya germahiyê ya VOC ji bo hucreyek rojê re bi karîgeriya wê ya nû ve girêdayî ye. Desalination 209, 91-96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Bandorên germahiyê di hucreyên rojê yên siliconê yên Schottky-asteng de. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Girêdana germahiyê ya ji bo pîvanên cîhaza fotovoltaîk ên hucreyên rojê yên polîmer-fullerene di bin şert û mercên xebatê de. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Ev xebat ji hêla Weqfa Zanistiya Xwezayî ya Neteweyî ya Chinaînê (Grant No. 60571063), Projeyên Lêkolînê yên Bingehîn ên parêzgeha Henan, Chinaîn (Grant No. 122300410231) ve hatî piştgirî kirin.
FY metna kaxezê nivîsand û MYH nimûneya seramîkê ya YBCO amade kir. FY û MYH ezmûn kirin û encam analîz kirin. FGC proje û şirovekirina zanistî ya daneyan bi rê ve bir. Hemû nivîskaran destnivîsê nirxand.
Ev xebat di bin lîsansa Creative Commons Attribution 4.0 International License de derbasdar e. Wêneyên an materyalên din ên sêyemîn ên di vê gotarê de di lîsansa Creative Commons a gotarê de cih digirin, heya ku di xeta krediyê de wekî din neyê destnîşan kirin; heke materyal di bin lîsansa Creative Commons de nebe, bikarhêner hewce ne ku destûr ji xwediyê destûrnameyê bistînin da ku materyalê ji nû ve hilberînin. Ji bo dîtina kopiyek vê lîsansê, biçin http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Origin of the photovoltaic effect in superconducting seramics YBa2Cu3O6.96. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Bi şandina şîroveyek hûn qebûl dikin ku li gorî Merc û Rêbernameyên Civaka me tevbigerin. Ger hûn tiştek xerabkar bibînin an ku li gorî şert û rêwerzên me tevnagere, ji kerema xwe wê wekî negunca ala bikin.
Dema şandinê: Avrêl-22-2020