Natural.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат. Сиз CSS үчүн чектелген колдоосу менен серепчи версиясын колдонуп жатасыз. Мыкты тажрыйбаны алуу үчүн, биз сизге жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerде шайкештик режимин өчүрүү). Ошол эле учурда, колдоо үзгүлтүксүз камсыз кылуу үчүн, биз стилдер жана JavaScript жок сайтты көрсөтүп жатабыз.
Биз YBa2Cu3O6.96 (YBCO) керамикасындагы 50 жана 300 К ортосундагы көк-лазердик жарыктандыруу аркылуу көрүнүктүү фотоэлектрдик эффект жөнүндө кабарлайбыз, бул YBCOнун супер өткөргүчтүгү жана YBCO-металлдык электрод интерфейсине түздөн-түз байланыштуу. YBCO өтө өткөргүчтөн резистивдүү абалга өткөндө, ачык чынжырлуу чыңалуу Voc жана кыска туташуу агымы Isc үчүн полярдуулуктун өзгөрүшү бар. Биз супер өткөргүч-нормалдуу металл интерфейсинде электрдик потенциал бар экенин көрсөтүп жатабыз, ал фото-индукцияланган электрон-тешик жуптары үчүн бөлүү күчүн камсыз кылат. Бул интерфейс потенциалы YBCO өтө өткөргүч болгондо, YBCOдан металл электродго багытталат жана YBCO өтө өткөргүч болуп калганда карама-каршы багытка өтөт. Потенциалдын келип чыгышы металл-өткөргүч интерфейсиндеги жакындык эффекти менен дароо эле байланыштуу болушу мүмкүн, ал эми YBCO өтө өткөргүч болгондо жана анын мааниси 502 мВт/см2 лазер интенсивдүүлүгү менен 50 Кда ~10–8 мВ деп бааланган. P-түрүндөгү материалдын YBCO нормалдуу абалында n-типтеги Ag-паста менен айкалышы жогорку температурадагы YBCO керамикасынын фотоэлектрдик жүрүм-турумуна жооп берген квази-пн түйүндөрүн түзөт. Биздин табылгалар фотон-электрондук түзүлүштөрдүн жаңы колдонмолоруна жол ачышы мүмкүн жана супер өткөргүч-металл интерфейсиндеги жакындык эффектине дагы жарык чачышы мүмкүн.
Жогорку температурадагы супер өткөргүчтөрдөгү фото-индукцияланган чыңалуу 1990-жылдардын башында билдирилген жана ошондон бери кеңири изилденген, бирок анын табияты жана механизми такталган эмес1,2,3,4,5. Өзгөчө YBa2Cu3O7-δ (YBCO) жука пленкалар6,7,8, энергиянын жөнгө салынуучу боштугунан улам фотоэлектрдик (PV) клетка түрүндө интенсивдүү изилденүүдө9,10,11,12,13. Бирок, субстраттын жогорку каршылыгы дайыма аппараттын төмөнкү конверсия натыйжалуулугун алып келет жана YBCO8 негизги PV касиеттерин маска. Бул жерде биз 50 жана 300 К (Tc ~ 90 К) ортосундагы YBa2Cu3O6.96 (YBCO) керамикасында көк-лазердик (λ = 450 нм) жарыктандыруу менен шартталган укмуштуудай фотоэлектрдик эффектти билдиребиз. Биз PV эффекти YBCOнун супер өткөргүчтүгүнө жана YBCO-металлдык электрод интерфейсинин табиятына түздөн-түз байланыштуу экенин көрсөтөбүз. YBCO өтө өткөргүч фазадан резистивдүү абалга өткөндө, ачык чынжырлуу чыңалуу Voc жана кыска туташуу агымы Isc үчүн полярдуулуктун өзгөрүшү бар. Супер өткөргүч-нормалдуу металл интерфейсинде электрдик потенциал бар экендиги сунушталууда, ал фото-индукцияланган электрон-тешик жуптары үчүн бөлүү күчүн камсыз кылат. Бул интерфейс потенциалы YBCO өтө өткөргүч болгондо YBCOдан металл электродго багытталат жана үлгү өтө өткөргүч болуп калганда карама-каршы багытка өтөт. Потенциалдын келип чыгышы табигый түрдө металл-өткөргүч интерфейсиндеги жакындык эффекти менен байланыштуу болушу мүмкүн 14,15,16,17 YBCO супер өткөргүч болгондо жана анын мааниси 50 К лазердин интенсивдүүлүгү 502 мВт болгон ~10−8 мВ деп бааланган. /см2. P-түрүндөгү YBCO материалынын нормалдуу абалында n-типтеги Ag-паста материалы менен айкалышы, кыязы, YBCO керамикасынын жогорку температурадагы PV жүрүм-турумуна жооп берген квази-пн түйүндөрүн түзөт. Биздин байкоолорубуз жогорку температурадагы супер өткөргүч YBCO керамикасындагы PV эффектинин келип чыгышын дагы бир жолу ачып берет жана аны тез пассивдүү жарык детектору сыяктуу оптоэлектрондук түзүлүштөрдө колдонууга жол ачат.
Сүрөт 1a–c көрсөткөндөй, YBCO керамикалык үлгүсүнүн IV мүнөздөмөлөрү 50 К. Жарык жарыксыз, үлгүдөгү чыңалуу токтун өзгөрүшү менен нөлдө кала берет, муну супер өткөргүч материалдан күтүүгө болот. Ачык фотоэлектрдик эффект лазер нуру катодго багытталганда пайда болот (1а-сүрөт): I огуна параллелдүү IV ийри сызыктар лазердин интенсивдүүлүгүнүн жогорулашы менен ылдыйга жылат. Бул эч кандай ток жок болсо да терс фото-индукцияланган чыңалуу бар экени көрүнүп турат (көбүнчө ачык чынжыр чыңалуу Voc деп аталат). IV ийри сызыгынын нөл жантаюу лазердик жарыктандыруу астында үлгү дагы эле өтө өткөргүч экенин көрсөтүп турат.
(a–c) жана 300 K (e–g). V(I) маанилери токту −10 мАдан +10 мАга чейин вакуумда шыпырып алуу менен алынган. Эксперименттик маалыматтардын бир бөлүгү гана түшүнүктүү болуу үчүн берилген. a, Катоддо жайгашкан лазердик так менен өлчөнгөн YBCOнун ток-чыңалуу мүнөздөмөлөрү (i). Бардык IV ийри сызыктар горизонталдуу түз сызыктар болуп саналат, бул үлгү дагы эле лазердик нурлануу менен өтө өткөргүч экенин көрсөтүп турат. Ийри сызык лазердин интенсивдүүлүгүнүн жогорулашы менен ылдый жылат, бул эки чыңалуу өткөргүчтөрүнүн ортосунда нөл ток болсо да терс потенциал (Voc) бар экенин көрсөтүп турат. Лазер 50 К(б) же 300 К(f) эфирде үлгүнүн борборуна багытталганда IV ийри сызыктары өзгөрүүсүз калат. Анод жарыктанган сайын горизонталдык сызык өйдө жылыйт (c). 50 К металл-өткөргүчтүн кошулушунун схемалык модели г-да көрсөтүлгөн. Катодго жана анодго багытталган лазер нуру менен өлчөнгөн 300 К нормадагы YBCO абалынын учурдагы чыңалуу мүнөздөмөлөрү тиешелүүлүгүнө жараша e жана g менен берилген. 50 К натыйжалардан айырмаланып, түз сызыктардын нөл эмес эңкейиши YBCO нормалдуу абалда экенин көрсөтөт; Voc маанилери жарыктын интенсивдүүлүгүнө жараша карама-каршы багытта өзгөрүп, зарядды бөлүү механизминин башка экенин көрсөтөт. 300 К мүмкүн болгон интерфейс структурасы hj менен сүрөттөлгөн.
Кычкылтекке бай YBCO супер өткөргүч абалында өзүнүн өтө кичинекей энергетикалык боштугунан (Мис.)9,10 болгондуктан, күн нурунун дээрлик толук спектрин сиңирип алат, ошону менен электрон-тешик түгөйлөрүн (e–h) жаратат. Фотондорду жутуу жолу менен ачык чынжырлуу Voc чыңалуусун алуу үчүн рекомбинация пайда болгонго чейин фото-генерацияланган eh жуптарды мейкиндикте бөлүп алуу керек18. 1i-сүрөттө көрсөтүлгөн катодго жана анодго салыштырмалуу терс Voc металл-өткөргүч интерфейсинде электрдик потенциал бар экенин көрсөтүп турат, ал электрондорду анодго жана тешиктерге катодго шыпырып салат. Эгер ушундай болсо, аноддо супер өткөргүчтөн металл электродго багытталган потенциал да болушу керек. Демек, аноддун жанындагы үлгү аянты жарыктанса, оң Voc алынат. Андан тышкары, лазердик так электроддордон алыс жерлерге көрсөткөндө фото-индукцияланган чыңалуулар болбошу керек. Бул, албетте, 1б,в-суреттен керунуп тургандай.
Жарык тагы катод электродунан үлгүнүн борборуна жылганда (интерфейстерден 1,25 ммдей аралыкта) лазердин интенсивдүүлүгүн максималдуу мааниге чейин жогорулатуу менен IV ийри сызыктарынын вариациясы жана Voc байкалбайт (1б-сүрөт). . Албетте, бул натыйжаны фото-индукцияланган ташыгычтардын чектелген өмүрүнө жана үлгүдөгү бөлүү күчүнүн жоктугуна байланыштырса болот. Электрондук тешик түгөйлөрү үлгү жарыктанган сайын түзүлүшү мүмкүн, бирок лазердик так электроддордун кайсынысынан болбосун алысыраак жерлерге түшсө, e-h жуптарынын көбү жок болот жана фотоэлектрдик эффект байкалбайт. Лазердик такты аноддук электроддорго жылдырып, I огуна параллелдүү IV ийри сызыктар лазердин интенсивдүүлүгүнүн жогорулашы менен жогору карай жылат (1в-сүрөт). Окшош орнотулган электр талаасы аноддогу металл-өткөргүч түйүндөрүндө да бар. Бирок, металл электрод бул жолу тест системасынын оң коргошунуна туташат. Лазер тарабынан жасалган тешиктер аноддун коргошунуна түртүлөт жана ошону менен оң Voc байкалат. Бул жерде келтирилген натыйжалар супер өткөргүчтөн металл электродуна чейин ишарат кылган интерфейс потенциалы бар экендигинин күчтүү далилин берет.
YBa2Cu3O6.96 керамикасындагы фотоэлектрдик эффект 300 К 1e–g-сүрөттө көрсөтүлгөн. Жарык жарыксыз, үлгүнүн IV ийри оригиналын кесип өткөн түз сызык. Бул түз сызык катод өткөргүчтөрүндө нурлануучу лазердин интенсивдүүлүгүнүн жогорулашы менен баштапкы сызыкка параллель жогору карай жылыйт (1е-сүрөт). Photovoltaic түзмөк үчүн кызыкдар эки чектөө учурлары бар. Кыска туташуунун шарты V = 0 болгондо пайда болот. Бул учурда ток кыска туташуу агымы (Isc) деп аталат. Экинчи чектөө жагдайы R→∞ же ток нөл болгондо пайда болгон ачык схеманын шарты (Voc). Сүрөт 1e ачык көрсөтүп турат Voc оң жана 50 К алынган натыйжадан айырмаланып, жарык интенсивдүүлүгүнүн жогорулашы менен көбөйөт; ал эми терс ISC жарык жарыктандыруу менен чоңдуктун жогорулашы байкалат, бул кадимки күн клеткаларынын мүнөздүү жүрүм-туруму.
Ошо сыяктуу эле, лазер нурун электроддордон алыс жайгашкан аймактарга көрсөткөндө V(I) ийри сызыгы лазердин интенсивдүүлүгүнө көз каранды эмес жана фотоэлектрдик эффект пайда болбойт (1f-сүрөт). 50 К өлчөө сыяктуу эле анод электродунун нурлануусуна жараша IV ийри сызыктар карама-каршы багытка жылат (1г-сүрөт). Бул YBCO-Ag паста системасы үчүн үлгүнүн ар кандай позицияларында нурланган лазер менен 300 К температурада алынган бардык натыйжалар 50 Кда байкалганга карама-каршы интерфейстик потенциалга шайкеш келет.
Көпчүлүк электрондор Купер жуптарында өтө өткөргүч YBCOда анын өтүү температурасы Тc төмөн конденсацияланат. Металл электроддо турганда бардык электрондор сингулярдуу түрдө калат. Металл-өткөргүч интерфейсине жакын жерде сингулярдык электрондор жана Купер жуптары үчүн чоң тыгыздык градиенти бар. Металлдык материалдагы көпчүлүк алып жүрүүчү сингулярдуу электрондор супер өткөргүч аймакка, ал эми YBCO аймагындагы көпчүлүк алып жүрүүчү Купер жуптары металл аймагына диффузияланат. Көбүрөөк заряд алып жүргөн жана сингулярдык электрондорго караганда көбүрөөк мобилдүүлүккө ээ болгон Купер жуптары YBCOдан металлдык аймакка тараганда, оң заряддуу атомдор артта калып, космостук заряд аймагында электр талаасы пайда болот. Бул электр талаасынын багыты схемалык диаграммада 1-сүрөттө көрсөтүлгөн. Космостук заряддын аймагына жакын жердеги фотондун жарыгы ажырап, тескери багыт боюнча фототокту пайда кылуучу жуптарды түзүшү мүмкүн. Электрондор орнотулган электр талаасынан чыгаары менен алар жуп болуп конденсацияланып, каршылыксыз башка электродго агышат. Бул учурда, Voc алдын ала коюлган полярдуулукка карама-каршы келет жана лазер нуру терс электроддун тегерегиндеги аймакты көрсөткөндө терс маанини көрсөтөт. Voc маанисинен интерфейстеги потенциалды баалоого болот: эки чыңалуу өткөргүчүнүн ортосундагы аралык d ~5 × 10−3 м, металл-өткөргүч интерфейсинин калыңдыгы, di, чоңдуктун бирдей тартибинде болушу керек. YBCO супер өткөргүчүнүн когеренттүү узундугу катары (~1 нм)19,20, Voc = 0,03 мВ маанисин алыңыз, металл-өткөргүчтүн интерфейсиндеги потенциалдык Vms лазер интенсивдүүлүгү менен 50 Кда ~10−11 В деп бааланат 502 мВт/см2, теңдемени колдонуу менен,
Бул жерде биз фото-индукцияланган чыңалууну фото жылуулук эффектиси менен түшүндүрүүгө болбостугун баса белгилегибиз келет. YBCO супер өткөргүчүнүн Зейбек коэффициенти Ss = 021 экени эксперименталдык түрдө аныкталган. Жез коргошун зымдары үчүн Зейбек коэффициенти SCu = 0,34–1,15 мкВ/К3 диапазонунда. Лазердик жердеги жез зымдын температурасы бир аз 0,06 Кга көтөрүлүшү мүмкүн, лазердин максималдуу интенсивдүүлүгү 50 К. Бул 6,9 × 10−8 В термоэлектрдик потенциалды пайда кылышы мүмкүн, бул 6,9 × 10−8 В термоэлектрдик потенциалдан үч даражага кичине. 1 (а) сүрөтүндө алынган Voc. Термоэлектрдик эффект эксперименттин натыйжаларын түшүндүрүү үчүн өтө кичинекей экени көрүнүп турат. Чындыгында, лазердик нурлануунун натыйжасында температуранын өзгөрүшү бир мүнөткө жетпеген убакытта жок болот, ошондуктан жылуулук эффектинин салымын этибарга албай коюуга болот.
Бөлмө температурасында YBCO бул фотоэлектрдик эффект бул жерде башка зарядды бөлүү механизми тартылганын көрсөтөт. Кадимки абалда супер өткөргүч YBCO заряд алып жүрүүчү22,23 тешиктери бар p-тибиндеги материал, ал эми металлдык Ag-паста n-типтеги материалдын мүнөздөмөсүнө ээ. Pn түйүндөрү сыяктуу, күмүш пастасында электрондордун диффузиясы жана YBCO керамикасындагы тешиктер интерфейсте YBCO керамикасын көрсөткөн ички электр талаасын түзөт (сүрөт 1h). Дал ушул ички талаа бөлүү күчүн камсыз кылат жана бөлмө температурасында YBCO-Ag паста системасы үчүн оң Voc жана терс Isc алып келет, 1е-сүрөттө көрсөтүлгөн. Же болбосо, Ag-YBCO p-типтеги Schottky түйүнүнүн түзүшү мүмкүн, ал ошондой эле жогоруда берилген моделдегидей уюлдуулукка ээ болгон интерфейс потенциалына алып келет24.
YBCOнун супер өткөргүчтүк өтүү учурунда фотоэлектрдик касиеттердин деталдуу эволюция процессин изилдөө үчүн 80 К үлгүдөгү IV ийри катод электродунда жарык берүүчү тандалган лазер интенсивдүүлүгү менен өлчөнгөн (2-сүрөт). Лазердик нурлануусуз, үлгүдөгү чыңалуу токко карабастан нөлдө сакталат, бул үлгүнүн 80 К деги супер өткөргүч абалын көрсөтөт (2а-сүрөт). 50 Кда алынган маалыматтарга окшоп, I огуна параллелдүү IV ийри сызыктар Pc критикалык маанисине жеткенге чейин лазердин интенсивдүүлүгүнүн жогорулашы менен ылдыйга жылат. Бул критикалык лазер интенсивдүүлүгүнөн (Pc) жогору супер өткөргүч өтө өткөргүч фазадан резистивдүү фазага өтүүгө дуушар болот; чыңалуу токтун күчү менен жогорулай баштайт, анткени супер өткөргүчтө каршылык пайда болот. Натыйжада, IV ийри сызыгы I жана V огу менен кесилише баштайт, адегенде терс Voc жана оң ISC алып келет. Эми үлгү Voc жана Isc полярдуулугу жарыктын интенсивдүүлүгүнө өтө сезгич болгон өзгөчө абалда көрүнөт; жарыктын интенсивдүүлүгүнүн өтө аз өсүшү менен Isc оң мааниден терске жана Voc терс мааниден оң мааниге которулуп, келип чыккан (фотоэлектрдик касиеттердин, өзгөчө Isc маанисинин жарык нуруна жогорку сезгичтигин сүрөттө айкыныраак көрүүгө болот). 2b). Лазердик эң жогорку интенсивдүүлүктө IV ийри сызыктар YBCO үлгүсүнүн нормалдуу абалын көрсөтүп, бири-бирине параллелдүү болууга ниеттенет.
Лазердик тактын борбору катод электроддорунун айланасында жайгашкан (1i-сүрөттү караңыз). a, IV ийри YBCO ар кандай лазер интенсивдүүлүгү менен нурланган. b (жогорку), ачык чынжырлуу чыңалуу Voc жана кыска туташуу токунун лазердик интенсивдүүлүккө көз карандылыгы Isc. ISC маанилерин жарыктын аз интенсивдүүлүгүндө (<110 мВт/см2) алуу мүмкүн эмес, анткени үлгү өтө өткөргүч абалда болгондо IV ийри сызыктар I огуна параллель. б (төмөндө), лазердин интенсивдүүлүгүнө жараша дифференциалдык каршылык.
80 Кда Voc жана Isc лазердик интенсивдүүлүккө көз карандылыгы 2б-сүрөттө (жогорку) көрсөтүлгөн. Photovoltaic касиеттери жарык интенсивдүүлүгүнүн үч аймактарында талкуулоого болот. Биринчи аймак 0 жана PC ортосунда, анда YBCO супер өткөргүч, Voc терс жана жарыктын интенсивдүүлүгү менен төмөндөйт (абсолюттук маани жогорулайт) жана PCте минимумга жетет. Экинчи чөлкөм Pcтен башка критикалык интенсивдүүлүк P0, мында Voc көбөйөт, ал эми Isc жарыктын интенсивдүүлүгү жогорулаган сайын азаят жана экөө тең P0до нөлгө жетет. Үчүнчү аймак YBCO нормалдуу абалына жеткенге чейин P0 жогору турат. Voc жана Isc экөө тең 2-аймактагыдай эле жарык интенсивдүүлүгүнө жараша өзгөрсө да, алар Р0 критикалык интенсивдүүлүгүнөн жогору карама-каршы полярдуулукка ээ. Р0нун мааниси фотоэлектрдик эффекттин жоктугунда жана зарядды бөлүү механизми ушул өзгөчө учурда сапаттык жактан өзгөрөт. YBCO үлгүсү жарык интенсивдүүлүгүнүн бул диапазонунда супер өткөргүч эмес болуп калат, бирок нормалдуу абалга жете элек.
Албетте, системанын фотоэлектрдик мүнөздөмөлөрү YBCOнун супер өткөргүчтүгү жана анын өтө өткөргүчтүк өтүшү менен тыгыз байланышта. YBCOнун дифференциалдык каршылыгы, dV/dI, 2b-сүрөттө (төмөндө) лазердин интенсивдүүлүгүнө жараша көрсөтүлгөн. Мурда айтылгандай, Купер жуп диффузиясынын натыйжасында интерфейсте орнотулган электр потенциалы супер өткөргүчтөн металлга чейин. 50 Кда байкалгандай эле, фотоэлектрдик эффект лазердин интенсивдүүлүгү 0дөн Pcге чейин жогорулаган сайын күчөйт. Лазердин интенсивдүүлүгү Pcден бир аз жогору мааниге жеткенде, IV ийри сызыгы кыйшая баштайт жана үлгүнүн каршылыгы пайда боло баштайт, бирок интерфейстин потенциалынын полярдуулугу өзгөрө элек. Оптикалык дүүлүктүрүүнүн супер өткөргүчтүккө тийгизген таасири көрүнөө же жакын IR аймакта изилденген. Негизги процесс Купер жуптарын ажыратуу жана супер өткөргүчтүктү жок кылуу25,26 болсо, кээ бир учурларда өтө өткөргүчтүктүн өтүшүн күчөтүүгө болот27,28,29, ал тургай супер өткөргүчтүктүн жаңы фазаларын индукциялоого болот30. ЖКда өтө өткөргүчтүктүн жоктугу фото-индукцияланган жуптун үзүлүшү менен түшүндүрүлөт. Р0 чекитинде, интерфейстин потенциалы нөлгө айланат, бул жарыктын жарыктандыруунун ушул өзгөчө интенсивдүүлүгү астында интерфейстин эки тарабындагы заряддын тыгыздыгы бирдей деңгээлге жетет. Лазердик интенсивдүүлүктүн андан аркы өсүшү Купер түгөйлөрүнүн көбүрөөк бузулушуна алып келет жана YBCO акырындык менен кайра p-тибиндеги материалга айланат. Электрондук жана Купер жуп диффузиясынын ордуна, интерфейстин өзгөчөлүгү азыр интерфейстеги электр талаасынын полярдуулуктун өзгөрүшүнө жана натыйжада оң Voc га алып келген электрон жана тешик диффузиясы менен аныкталат (сүрөт 1d, h салыштырыңыз). Абдан жогорку лазердик интенсивдүүлүктө, YBCOнун дифференциалдык каршылыгы нормалдуу абалга туура келген мааниге каныккан жана Voc жана Isc экөө тең лазердин интенсивдүүлүгүнө жараша сызыктуу түрдө өзгөрөт (сүрөт 2b). Бул байкоо YBCO нормалдуу абалында лазердик нурлануу мындан ары анын каршылыгын жана супер өткөргүч-металл интерфейсинин өзгөчөлүгүн өзгөртпөйт, болгону электрон-тешик түгөйлөрүнүн концентрациясын жогорулатат.
Температуранын фотоэлектрдик касиеттерге тийгизген таасирин изилдөө үчүн металл-өткөргүч системасы катоддо интенсивдүүлүгү 502 мВт/см2 көк лазер менен нурлантылды. 50 жана 300 К ортосундагы тандалган температураларда алынган IV ийри сызыктар 3а-сүрөттө берилген. Ачык чынжырлуу чыңалуу Voc, кыска туташуу токунун Isc жана дифференциалдык каршылык андан кийин бул IV ийри сызыктардан алынышы мүмкүн жана 3б-сүрөттө көрсөтүлгөн. Жарык жарыксыз, ар кандай температурада өлчөнгөн бардык IV ийри сызыктар күтүлгөндөй баштапкы жерден өтөт (3a-сүрөттүн ичи). IV мүнөздөмөлөрү система салыштырмалуу күчтүү лазер нуру (502 мВт/см2) менен жарыктанганда температуранын жогорулашы менен кескин өзгөрөт. Төмөн температурада IV ийри сызыктар Voc терс маанилери менен I огуна параллелдүү түз сызыктар. Бул ийри сызык температуранын жогорулашы менен өйдө карай жылып, акырындык менен критикалык Tcp температурасында нөлгө барабар эмес эңкейиштүү сызыкка айланат (сүр. 3а (жогорку)). Бардык IV мүнөздүү ийри сызыктар үчүнчү квадрантта бир чекиттин тегерегинде айланат окшойт. Voc терс мааниден оң мааниге көбөйөт, ал эми Isc оң мааниден терс мааниге төмөндөйт. YBCOнун баштапкы өтө өткөргүч өткөөл температурасынан жогору, IV ийри сызыгы температурага жараша башкача өзгөрөт (сүрөт 3а түбү). Биринчиден, IV ийри сызыктардын айлануу борбору биринчи квадрантка жылат. Экинчиден, Voc төмөндөө берет жана температура жогорулаган сайын ISC көбөйөт (сүрөт 3б-нын үстү). Үчүнчүдөн, IV ийри сызыктардын жантайышы температурага жараша сызыктуу өсөт, натыйжада YBCO үчүн каршылыктын оң температуралык коэффициенти пайда болот (3b-сүрөттүн асты).
502 мВт/см2 лазердик жарыктандыруу астында YBCO-Ag паста системасы үчүн фотоэлектрдик мүнөздөмөлөрдүн температурага көз карандылыгы.
Лазердик тактын борбору катод электроддорунун айланасында жайгашкан (1i-сүрөттү караңыз). а, IV ийри сызыктар тиешелүүлүгүнө жараша 5 К жана 20 К температуралык өсүү менен 50дөн 90 К (жогорку) жана 100дөн 300 К (төмөнкү) чейин алынган. Inset a караңгыда бир нече температурада IV мүнөздөмөлөрдү көрсөтөт. Бардык ийри сызыктар баштапкы чекиттен өтүшөт. b, ачык чынжырлуу чыңалуу Voc жана кыска туташуу токунун Isc (жогорку) жана дифференциалдык каршылыгы, dV/dI, YBCO (төмөнкү) температуранын функциясы катары. Нөлдүк каршылыктын супер өткөргүч өтүү температурасы Tcp берилбейт, анткени ал Tc0ге өтө жакын.
Үч критикалык температураны 3б-сүрөттөн таанууга болот: Tcp, андан жогору YBCO супер өткөргүч эмес болуп калат; Tc0, анда Voc жана Isc экөө тең нөлгө айланат жана Tc, лазердик нурлануусуз YBCOнун баштапкы башталган супер өткөргүч өтүү температурасы. Tcp ~ 55 К төмөн, лазердик нурлануучу YBCO Купер жуптарынын салыштырмалуу жогорку концентрациясы менен супер өткөргүч абалда. Лазердик нурлануунун эффектиси фотоэлектрдик чыңалуу менен токту пайда кылуудан тышкары Купер жупунун концентрациясын азайтуу аркылуу 89 К дан ~ 55 К ге чейин нөлдүк каршылыктын супер өткөргүч өтүү температурасын төмөндөтүү болуп саналат. Температуранын жогорулашы Купер жуптарын да бузуп, интерфейстин потенциалын төмөндөтөт. Демек, лазердик жарыктандыруунун бирдей интенсивдүүлүгү колдонулса да, Voc абсолюттук мааниси кичирейет. Температуранын андан ары жогорулашы менен интерфейстин потенциалы кичирейип, Tc0 нөлгө жетет. Бул өзгөчө чекитте эч кандай фотоэлектрдик эффект жок, анткени фото-индукцияланган электрон-тешик жуптарын бөлүүчү ички талаа жок. Потенциалдын полярдуулугунун өзгөрүшү бул критикалык температурадан жогору болот, анткени Ag пастасындагы бош заряддын тыгыздыгы YBCOдагыдан чоңураак, ал акырындык менен p-тибиндеги материалга кайра өтөт. Бул жерде биз Voc жана Isc полярдуулугунун өзгөрүшү өткөөлдүн себебине карабастан, нөлдүк каршылыктагы супер өткөргүч өтүүдөн кийин дароо болоорун баса белгилегибиз келет. Бул байкоо биринчи жолу супер өткөргүчтүктү жана металл-өткөргүч интерфейсинин потенциалы менен байланышкан фотоэлектрдик эффекттердин ортосундагы корреляцияны ачык ачып берет. Өтө өткөргүч-кадимки металл интерфейсиндеги бул потенциалдын табияты акыркы бир нече ондогон жылдар бою изилдөө борбору болуп келген, бирок дагы эле жооп күткөн көптөгөн суроолор бар. Фотоэлектрдик эффектти өлчөө бул маанилүү потенциалдын деталдарын (мисалы, анын күчү жана полярдуулугу ж.
Температуранын андан ары Tc0дон Tcге чейин жогорулашы Купер түгөйлөрүнүн азыраак концентрациясына жана интерфейстин потенциалынын жакшырышына жана натыйжада Voc чоңураак болушуна алып келет. Tc учурда Купер түгөйүнүн концентрациясы нөлгө айланат жана интерфейсте орнотулган потенциал максимумга жетет, натыйжада максималдуу Voc жана минималдуу Isc. Бул температура диапазонундагы Voc жана Isc (абсолюттук маани) тез өсүшү 502 мВт/см2 интенсивдүүлүктөгү лазердик нурлануу аркылуу ΔT ~ 3 К ден ~ 34 К чейин кеңейтилген супер өткөргүчтүк өтүүгө туура келет (3б-сүрөт). Tc жогору нормалдуу абалда ачык чынжыр чыңалуу Voc температура менен төмөндөйт (сүрөт. 3b жогорку), pn түйүндөрүнө негизделген кадимки күн клеткалары үчүн Voc сызыктуу жүрүм-турумуна окшош31,32,33. Лазердик интенсивдүүлүккө катуу көз каранды болгон температура менен Vocтун өзгөрүү ылдамдыгы (−dVoc/dT) кадимки күн батареяларына караганда бир топ кичине болсо да, YBCO-Ag түйүнү үчүн Voc температуралык коэффициенти ошол эле чоңдук тартибине ээ. күн клеткаларынын. Кадимки күн батареясынын аппараты үчүн pn түйүнүнүн агып кетүү агымы температуранын жогорулашы менен көбөйөт, температура жогорулаганда Voc азайышына алып келет. Бул Ag-супер өткөргүч системасы үчүн байкалган сызыктуу IV ийри сызыктар, биринчиден, интерфейстик потенциалдын өтө аздыгынан жана экинчиден, эки гетерокомплекстин арткы биригишинен улам, агып кетүү тогун аныктоону кыйындатат. Ошого карабастан, биздин экспериментте байкалган Voc жүрүм-туруму үчүн агып кетүү агымынын бирдей температуралык көз карандылыгы жооптуу болушу мүмкүн. Аныктамага ылайык, Isc жалпы чыңалуу нөлгө барабар болгон Voc компенсациялоо үчүн терс чыңалууну өндүрүү үчүн зарыл болгон ток. Температура жогорулаган сайын Voc кичирейет, андыктан терс чыңалууну пайда кылуу үчүн азыраак ток керектелет. Мындан тышкары, YBCO каршылыгы Tc жогору температура менен сызыктуу жогорулайт (сүрөт. 3b ылдыйкы), бул да жогорку температурада ISC абсолюттук мааниси азыраак өбөлгө түзөт.
2,3-сүрөттө келтирилген натыйжалар катод электроддорунун айланасында лазердик нурлантуу жолу менен алынганына көңүл буруңуз. Аноддо жайгашкан лазердик так менен да өлчөөлөр кайталанды жана окшош IV мүнөздөмөлөрү жана фотоэлектрдик касиеттери байкалды, бул учурда Voc жана Isc полярдуулугу тескери болгон. Бул маалыматтардын баары супер өткөргүч-металл интерфейси менен тыгыз байланышта болгон фотоэлектрдик эффекттин механизмине алып келет.
Жыйынтыктап айтканда, лазердик нурлануучу супер өткөргүч YBCO-Ag паста системасынын IV мүнөздөмөлөрү температуранын жана лазердин интенсивдүүлүгүнүн функциялары катары ченелген. Кереметтүү фотоэлектрдик эффект 50дөн 300 Кге чейинки температура диапазонунда байкалган. Фотоэлектрдик касиеттер YBCO керамикасынын супер өткөргүчтүгү менен тыгыз байланышта экени аныкталган. Voc жана Isc полярдуулугунун өзгөрүшү фото-индукцияланган супер өткөргүчтөргө өтүүдөн кийин дароо пайда болот. Туруктуу лазердик интенсивдүүлүктө өлчөнгөн Voc жана Isc температурага көз карандылыгы, ошондой эле үлгү резистивдүү болуп калган критикалык температурада так полярдуулуктун өзгөрүшүн көрсөтөт. Лазердик такты үлгүнүн ар кайсы бөлүгүнө жайгаштыруу менен, биз интерфейсте электрдик потенциал бар экенин көрсөтөбүз, ал фото-индукцияланган электрон-тешик жуптары үчүн бөлүү күчүн камсыз кылат. Бул интерфейс потенциалы YBCO өтө өткөргүч болгондо YBCOдан металл электродго багытталат жана үлгү өтө өткөргүч болуп калганда карама-каршы багытка өтөт. Потенциалдын келип чыгышы табигый түрдө, YBCO супер өткөргүч болгон учурда металл-өткөргүч интерфейсиндеги жакындык эффекти менен байланыштуу болушу мүмкүн жана лазердин интенсивдүүлүгү 502 мВт/см2 болгон 50 Кда ~10−8 мВ деп бааланат. P-түрүндөгү материалдын YBCO нормалдуу абалында n-типтүү материалы Ag-паста менен байланышы жогорку температурадагы YBCO керамикасынын фотоэлектрдик жүрүм-турумуна жооп берген квази-пн түйүндөрүн түзөт. Жогорудагы байкоолор жогорку температурадагы супер өткөргүч YBCO керамикасындагы PV эффектине жарык чачат жана тез пассивдүү жарык детектору жана жалгыз фотон детектору сыяктуу оптоэлектрондук түзүлүштөрдөгү жаңы колдонмолорго жол ачат.
Фотоэлектрдик эффект эксперименттери калыңдыгы 0,52 мм жана 8,64 × 2,26 мм2 тик бурчтуу формадагы YBCO керамикалык үлгүсүндө аткарылган жана радиуста 1,25 мм лазердик тактын өлчөмү менен үзгүлтүксүз толкун көк-лазер (λ = 450 нм) менен жарыктандырылды. Жука пленканын үлгүсүн эмес, жапырт колдонуу бизге субстраттын комплекстүү таасири менен күрөшпөстөн супер өткөргүчтүн фотоэлектрдик касиеттерин изилдөөгө мүмкүндүк берет6,7. Мындан тышкары, жапырт материал, анын жөнөкөй даярдоо жол-жобосу жана салыштырмалуу төмөн наркы үчүн ыңгайлуу болушу мүмкүн. Жез коргошун зымдары YBCO үлгүсүндө диаметри 1 ммдей төрт тегерек электродду түзгөн күмүш пастасы менен бириктирилген. Эки чыңалуу электроддорунун ортосундагы аралык болжол менен 5 мм. Үлгүнүн IV мүнөздөмөлөрү кварц кристалл терезеси бар титирөө үлгүсүнүн магнитометринин (VersaLab, Quantum Design) жардамы менен өлчөнгөн. IV ийри сызыктарды алуу үчүн стандарттуу төрт сымдуу ыкма колдонулган. Электроддордун жана лазердик тактын салыштырмалуу позициялары 1i-сүрөттө көрсөтүлгөн.
Бул макаланы кантип келтирсе болот: Yang, F. et al. Өтө өткөргүч YBa2Cu3O6.96 керамикадагы фотоэлектрдик эффекттин келип чыгышы. Sci. Реп.5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Чанг, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR YBa2Cu3O7деги симметрияга тыюу салынган лазер менен шартталган чыңалуулар. Физ. Rev. B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Y-Ba-Cu-Oдогу аномалдуу фотоэлектрдик сигналдын келип чыгышы. Физ. Rev. B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Би-Sr-Ca-Cu-O супер өткөргүчтүн лазер менен шартталган чыңалууларын өлчөө. Физ. Rev. B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. YBa2Cu3O7-x бөлмө температурасындагы пленкалардагы убактылуу лазердин индукцияланган чыңалуулары. J. Appl. Физ. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP YBa2Cu3O7деги аномалдык фотоэлектрдик жооп. Физ. Rev. B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. бир кычкыл heteroststructure менен YBa2Cu3O7-x үчүн Photogenerated тешик ташуучу сайынуу. Колдонмо. Физ. Летт. 85, 2950–2952 (2004).
Асакура, Д жана башкалар. Жарык жарыгы астында YBa2Cu3Oy жука пленкаларын фотоэмиссиялык изилдөө. Физ. Рев. Летт. 93, 247006 (2004).
Янг, Ф. жана башкалар. YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 фотоэлектрдик эффекти: Nb гетероокшуу ар кандай кычкылтектин жарым-жартылай басымында күйдүрүлгөн. Mater. Летт. 130, 51–53 (2014).
Аминов, БА жана башкалар. Yb(Y)Ba2Cu3O7-x монокристаллдарындагы эки боштук структурасы. J. Суперконд. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. ар кандай боштук структуралары менен супер өткөргүчтөрдүн Quasiparticle релаксация динамикасы: YBa2Cu3O7-δ боюнча теория жана эксперименттер. Физ. Rev. B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 : Nb гетерокондукциясынын түздөлүүчү касиеттери. Колдонмо. Физ. Летт. 87, 222501 (2005).
Камарас, К., Портер, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB YBa2Cu3O7-δдагы Excitonic абсорбция жана супер өткөрүмдүүлүк. Физ. Рев. Летт. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. YBa2Cu3O6.3 жарым өткөргүч монокристаллдарынын убактылуу photoinduced өткөргүчтүк: photoinduced металл абалын жана photoinduced супер өткөргүчтүктү издөө. Solid State Commun. 72, 345–349 (1989).
Макмиллан, WL супер өткөргүч жакындык эффектинин туннелдик модели. Физ. Аян 175, 537–542 (1968).
Герон, С. жана башкалар. Мезоскопиялык узундук шкаласында текшерилген супер өткөргүч жакындык эффекти. Физ. Рев. Летт. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. noncentrosimmetric супер өткөргүчтөр менен Proximity таасири. Физ. Rev. B 86, 17514 (2012).
Qu, FM жана башкалар. Pb-Bi2Te3 гибриддик структураларында күчтүү супер өткөргүч жакындык эффекти. Sci. Реп. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Күн радиациясын электр энергиясына айландыруу үчүн жаңы кремний pn түйүнүндөгү фотоэлемент. J. App. Физ. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Zn- же Ni-когеренттүүлүктүн узундугуна кирсиздиктин таасири YBa2Cu3O6.9 монокристаллдары. Физ. Rev. B 60, 114–117 (1999).
Андо, Ю. & Сегава, К. Допингдин кеңири диапазонундагы Untwinned YBa2Cu3Oy монокристаллдарынын магниттик туруктуулугу: когеренттик узундуктун аномалдуу тешик-допингдик көз карандылыгы. Физ. Рев. Летт. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR систематикасы жогорку T, оксиддердин термоэлектрдик күчү. Физ. Rev. B 46, 14928–14931, (1992).
Сугай, С жана башкалар. P-типтеги жогорку Tc супер өткөргүчтөрүндө когеренттүү чоку жана LO фонон режиминин алып жүрүүчү тыгыздыгына көз каранды импульстун жылышы. Физ. Rev. B 68, 184504 (2003).
Ножима, Т. Электрохимиялык ыкманы колдонуу менен YBa2Cu3Oy жука пленкаларында тешиктердин кыскарышы жана электрондордун топтолушу: n-типтеги металлдык абалдын далили. Физ. Rev. B 84, 020502 (2011).
Тунг, RT Шоттки тосмо бийиктигинин физикасы жана химиясы. Колдонмо. Физ. Летт. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Effects of Dynamic External Pair Breaking in Superconducting Films. Физ. Рев. Летт. 33, 215–219 (1974).
Ниева, Г жана башкалар. Өтө өткөргүчтүктү фотоиндукцияланган жогорулатуу. Колдонмо. Физ. Летт. 60, 2159–2161 (1992).
Кудинов, VI жана башкалар. YBa2Cu3O6+x тасмаларындагы туруктуу фотоөткөргүчтүк металлдык жана өтө өткөргүч фазаларга карай фотодопинг ыкмасы катары. Физ. Rev. B 14, 9017–9028 (1993).
Манковский, Р. YBa2Cu3O6.5 боюнча күчөтүлгөн супер өткөрүмдүүлүк үчүн негиз катары сызыктуу эмес тор динамикасы. Nature 516, 71–74 (2014).
Фаусти, Д. жана башкалар. Жарык-индукцияланган суперөткөргүчтүк сызык иретиндеги купрат. Science 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Күн батареясы үчүн VOCтин температуралык функциялык көз карандылыгы, анын натыйжалуулугуна жаңы мамиле. Тузсуздандыруу 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Температура таасирлери Шоттки-тоскоолдук кремний күн клеткаларында. Колдонмо. Физ. Летт. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM иштөө шарттарында полимер-фуллерен күн батареяларынын фотоэлектрдик аппараттын параметрлери үчүн температурага көз карандылык. J. Appl. Физ. 90, 5343–5350 (2002).
Бул иш Кытайдын Улуттук Табигый Илим Фонду (Грант № 60571063), Кытайдын Хэнань провинциясынын Фундаменталдык изилдөө долбоорлору (Грант № 122300410231) тарабынан колдоого алынган.
FY кагаздын текстин жазган жана MYH YBCO керамикалык үлгүсүн даярдаган. FY жана MYH эксперимент жасап, натыйжаларды талдап чыгышты. FGC долбоорду жана маалыматтарды илимий чечмелөөнү жетектеген. Бардык авторлор кол жазманы карап чыгышты.
Бул иш Creative Commons Attribution 4.0 Эл аралык лицензиясы боюнча лицензияланган. Бул макаладагы сүрөттөр же башка үчүнчү тараптын материалдары, эгерде кредиттик линияда башкасы көрсөтүлбөсө, макаланын Creative Commons лицензиясына кирет; эгерде материал Creative Commons лицензиясына кирбесе, колдонуучулар материалды кайра чыгаруу үчүн лицензиянын ээсинен уруксат алышы керек. Бул лицензиянын көчүрмөсүн көрүү үчүн http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ кириңиз.
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Superconducting YBa2Cu3O6.96 керамикадагы фотоэлектрдик эффекттин келип чыгышы. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Комментарий калтыруу менен сиз биздин Шарттар менен Коомдоштук эрежелерине баш ийүүгө макул болосуз. Эгер сиз кыянаттык кылган же биздин шарттарга же көрсөтмөлөргө туура келбеген нерсени тапсаңыз, аны орунсуз деп белгилеңиз.
Билдирүү убактысы: 22-апрель-2020