Merci fir besicht nature.com. Dir benotzt eng Browser Versioun mat limitéierter Ënnerstëtzung fir CSS. Fir déi bescht Erfahrung ze kréien, recommandéiere mir Iech e méi aktuellen Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten). An der Tëschenzäit, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, weisen mir de Site ouni Stiler a JavaScript.
Mir berichten e bemierkenswäerten photovoltaeschen Effekt an YBa2Cu3O6.96 (YBCO) Keramik tëscht 50 an 300 K induzéiert duerch blo-Laser Beliichtung, déi direkt mat der Superleitung vum YBCO an der YBCO-metallescher Elektroden-Interface verbonnen ass. Et gëtt eng Polaritéit ëmgedréint fir d'Open Circuit Spannung Voc a Kuerzschlussstroum Isc wann YBCO en Iwwergank vum Superleitung zum Resistivzoustand mécht. Mir weisen datt et en elektrescht Potenzial iwwer d'Superconductor-normale Metallinterface existéiert, wat d'Trennungskraaft fir d'fotoinduzéiert Elektronen-Lach-Paren ubitt. Dëst Interface Potential riicht vum YBCO op d'Metallelektrode wann YBCO superleitend ass a schalt an déi entgéintgesate Richtung wann YBCO net-superleitend gëtt. Den Urspronk vum Potenzial kann einfach mat der Proximitéitseffekt op der Metall-Superleiter-Interface verbonne sinn wann YBCO superleitend ass a säi Wäert op ~10-8 mV bei 50 K mat enger Laserintensitéit vu 502 mW/cm2 geschat gëtt. D'Kombinatioun vun engem p-Typ Material YBCO am normalen Zoustand mat engem n-Typ Material Ag-Paste bildt eng quasi-pn-Kräizung, déi verantwortlech ass fir de photovoltaesche Verhalen vun YBCO Keramik bei héijen Temperaturen. Eis Erkenntnisser kënnen de Wee fir nei Applikatioune vu photon-elektroneschen Apparater platzen a weider Liicht op den Proximitéitseffekt op der Superleiter-Metal-Interface werfen.
Foto-induzéiert Spannung an Héichtemperatur-Superleiter gouf an de fréien 1990er Jore gemellt an zënterhier extensiv ënnersicht, awer seng Natur a Mechanismus bleiwen onbestänneg1,2,3,4,5. YBa2Cu3O7-δ (YBCO) dënn Filmer6,7,8, besonnesch, ginn intensiv a Form vun der Photovoltaik (PV) Zell studéiert wéinst senger justierbarer Energiespalt9,10,11,12,13. Wéi och ëmmer, héich Resistenz vum Substrat féiert ëmmer zu enger gerénger Konvertéierungseffizienz vum Apparat a maskéiert déi primär PV-Eegeschafte vum YBCO8. Hei mellen mir bemierkenswäert Photovoltaik Effekt induzéiert duerch blo-Laser (λ = 450 nm) Beliichtung an YBa2Cu3O6.96 (YBCO) Keramik tëscht 50 an 300 K (Tc ~ 90 K). Mir weisen datt de PV Effekt direkt mat der Superleitung vum YBCO an der Natur vun der YBCO-metallescher Elektroden-Interface verbonnen ass. Et gëtt eng Polaritéit ëmgedréint fir d'Open Circuit Spannung Voc a Kuerzschlussstroum Isc wann YBCO en Iwwergank vun der Superleitungsphase an e resistive Staat mécht. Et gëtt proposéiert datt et en elektrescht Potenzial iwwer d'Superleiter-normale Metallinterface existéiert, déi d'Trennungskraaft fir déi fotoinduzéiert Elektronen-Lach-Paren ubitt. Dëst Interface Potential riicht vum YBCO op d'Metallelektrode wann YBCO superleitend ass a schalt an déi entgéintgesate Richtung wann d'Probe net-superleitend gëtt. Den Urspronk vum Potenzial kann natierlech mat der Proximitéitseffekt14,15,16,17 bei Metall-Superleiter-Interface verbonne sinn wann YBCO superleitend ass a säi Wäert geschat gëtt op ~10−8 mV bei 50 K mat enger Laserintensitéit vu 502 mW /cm2. D'Kombinatioun vun engem p-Typ Material YBCO am normalen Zoustand mat engem n-Typ Material Ag-Paste formt, héchstwahrscheinlech, e quasi-pn-Kräizung, dee verantwortlech ass fir d'PV Verhalen vun YBCO Keramik bei héijen Temperaturen. Eis Observatioune werfen weider Liicht op den Urspronk vum PV Effekt an héichtemperatursuperleitend YBCO Keramik a baut de Wee fir seng Uwendung an optoelektroneschen Apparater wéi schnelle passive Liichtdetektor etc.
Figur 1a-c weist, datt d'IV Charakteristiken vun YBCO Keramik Prouf um 50 K. Ouni Liicht Beliichtung, bleift d'Spannung iwwert d'Prouf op null mat änneren aktuell, wéi vun engem superconducting Material erwaart ginn. Eng offensichtlech photovoltaesch Effekt erschéngt wann de Laserstrahl op d'Kathode riicht (Fig. 1a): d'IV-Kéiren parallel zu der I-Achs beweegen sech no ënnen mat enger Erhéijung vun der Laserintensitéit. Et ass evident datt et eng negativ Foto-induzéiert Spannung gëtt och ouni Stroum (dacks Open Circuit Volt Voc genannt). Den Nullhang vun der IV Kurve weist datt d'Probe nach ëmmer ënner Laserbeleuchtung superleitend ass.
(a–c) und 300 K (e–g). Wäerter vu V (I) goufen kritt andeems de Stroum vun -10 mA bis +10 mA am Vakuum ofgeschaaft gouf. Nëmmen en Deel vun den experimentellen Donnéeën gëtt fir Kloerheet presentéiert. a, Stromspannungseigenschaften vun YBCO gemooss mat Laserfleck op der Kathode positionéiert (i). All d'IV Kéiren sinn horizontal riicht Linnen, déi uginn datt d'Probe nach ëmmer mat Laserbestralung superleitend ass. D'Kurve bewegt sech mat der Erhéijung vun der Laserintensitéit erof, wat beweist datt et en negativen Potenzial (Voc) tëscht den zwee Spannungsleitungen existéiert och mat Nullstroum. D'IV Kéiren bleiwen onverännert wann de Laser am Zentrum vun der Probe op Ether 50 K (b) oder 300 K (f) geriicht ass. Déi horizontal Linn beweegt sech erop wéi d'Anode beliicht ass (c). E schematesche Modell vu Metall-Superleiter-Kräizung bei 50 K gëtt an d gewisen. Stroumspannungseigenschaften vum normalen Zoustand YBCO bei 300 K gemooss mat Laserstrahl op d'Kathode an d'Anode gemooss ginn an e respektiv g. Am Géigesaz zu de Resultater op 50 K, Net-null Hang vun der riichter Linnen weist datt YBCO am normalen Zoustand ass; d'Wäerter vun Voc variéieren mat Liichtjoer Intensitéit an engem Géigendeel Richtung, besot eng aner charge Trennung Mechanismus. Eng méiglech Interface Struktur op 300 K duergestallt an hj D'real Bild vun der Prouf mat féiert.
Sauerstoffräich YBCO am Superleitungszoustand ka bal voll Spektrum vu Sonneliicht absorbéieren wéinst senger ganz klenger Energiespalt (Eg)9,10, an domat Elektronen-Lach-Paren (e–h) erstellen. Fir eng fräi Circuit Volt Voc vun Absorptioun vun photonen ze produzéieren, ass et néideg raimlech ze trennen photo-generéiert eh Pairen ier recombination geschitt18. Den negativen Voc, par rapport zu der Kathode an der Anode wéi an der Fig. Wann dat de Fall ass, sollt et och e Potenzial sinn, dee vum Superleiter op d'Metallelektrode bei der Anode weist. Dofir géif e positiven Voc kritt ginn wann d'Probegebitt no bei der Anode beliicht ass. Ausserdeem sollt et keng Foto-induzéiert Spannungen sinn wann de Laserfleck op Gebidder wäit vun den Elektroden weist. Et ass sécherlech de Fall wéi aus der Figur 1b,c!.
Wann d'Liichtfleck vun der Kathodeelektrode an d'Mëtt vun der Probe bewegt (ongeféier 1,25 mm ausser den Interfaces), kann keng Variatioun vu IV Kéiren a kee Voc beobachtet ginn mat der Erhéijung vun der Laserintensitéit op de maximale verfügbaren Wäert (Fig. 1b) . Natierlech kann dëst Resultat un der limitéierter Liewensdauer vu Foto-induzéierten Träger an dem Mangel u Trennungskraaft an der Probe zougeschriwwe ginn. Elektronen-Lach Puer kënnen erstallt ginn wann d'Probe beliicht ass, awer déi meescht vun den e–h Pairen wäerten ofgeschaaft ginn a kee photovoltaesche Effekt gëtt beobachtet wann de Laserfleck op Gebidder wäit ewech vun enger vun den Elektroden fällt. Beweegt de Laserfleck op d'Anodeelektroden, beweegen d'IV-Kéiren parallel zu der I-Achs no uewen mat enger Erhéijung vun der Laserintensitéit (Fig. 1c). Ähnlech agebaut elektrescht Feld existéiert am Metall-Superleiter Kräizung op der Anode. Wéi och ëmmer, déi metallesch Elektrode verbënnt dës Kéier mat der positiver Lead vum Testsystem. D'Lächer, déi vum Laser produzéiert ginn, ginn op d'Anode-Lead gedréckt an domat gëtt e positiven Voc observéiert. D'Resultater, déi hei presentéiert ginn, liwweren staark Beweiser datt et wierklech en Interfacepotenzial gëtt, deen vum Superleiter op d'Metallelektrode weist.
Photovoltaesche Effekt an YBa2Cu3O6.96 Keramik bei 300 K gëtt an der Figur 1e-g gewisen. Ouni Liichtbeleuchtung ass d'IV Curve vun der Probe eng riicht Linn déi d'Origine kräizt. Dës riicht Linn beweegt sech no uewen parallel zum Original mat enger Erhéijung vun der Laserintensitéit, déi op de Kathodeleitungen bestrahlt (Fig. 1e). Et ginn zwee limitéierende Fäll vun Interesse fir e Photovoltaikapparat. De Kuerzschlusszoustand geschitt wann V = 0. De Stroum gëtt an dësem Fall als Kuerzschlussstroum (Isc) bezeechent. Den zweete Limitatiounsfall ass den Open-Circuit Conditioun (Voc) dee geschitt wann R→∞ oder de Stroum null ass. D'Bild 1e weist kloer datt de Voc positiv ass a mat der Erhéijung vun der Liichtintensitéit eropgeet, am Géigesaz zum Resultat, deen op 50 K kritt gëtt; wärend en negativen Isc beobachtet gëtt an der Gréisst mat Liichtbeliichtung eropzegoen, en typescht Verhalen vun normale Sonnenzellen.
Ähnlech, wann de Laserstrahl op Gebidder wäit vun den Elektroden ugewise gëtt, ass d'V (I) Curve onofhängeg vun der Laserintensitéit an et gëtt kee photovoltaesche Effekt erschéngt (Fig. 1f). Ähnlech wéi d'Messung bei 50 K beweegen d'IV-Kéiren an déi entgéintgesate Richtung wéi d'Anodeelektrode bestrahlt gëtt (Fig. 1g). All dës Resultater kritt fir dëst YBCO-Ag Paste System bei 300 K mat Laser bestrahlt op verschiddene Positioune vun der Prouf si konsequent mat engem Interface Potential Géigendeel zu deem bei 50 K observéiert.
Déi meescht vun den Elektronen kondenséieren a Cooper-Paren a superleitend YBCO ënner senger Iwwergangstemperatur Tc. Wärend an der Metallelektrode bleiwen all d'Elektronen a Singular Form. Et gëtt e groussen Dichtgradient fir béid Singular Elektronen a Cooper Pairen an der Géigend vun der Metall-Superleiter-Interface. Majoritéit-Träger Singular Elektronen a metallesche Material wäerten an d'Superleiterregioun diffusen, wärend d'Majoritéit-Träger Cooper-Pairen an der YBCO Regioun an d'Metalregioun diffusen. Wéi Cooper Pairen méi Ladungen droen an eng méi grouss Mobilitéit hunn wéi eenzel Elektronen aus YBCO an d'metallesch Regioun diffuséieren, ginn positiv gelueden Atomer hannerlooss, wat zu engem elektresche Feld an der Raumladungsregioun resultéiert. D'Richtung vun dësem elektresche Feld gëtt am schemateschen Diagramm Fig. 1d gewisen. Tëschefall photon Beliichtung no bei der Weltraum charge Regioun kann eh Puer schafen, datt getrennt ginn an ausgerëtscht produzéiert engem photocurrent an der ëmgedréint-bias Richtung. Soubal d'Elektronen aus dem agebaute elektresche Feld erauskommen, gi se a Pairen kondenséiert a fléissen ouni Resistenz op déi aner Elektrode. An dësem Fall ass de Voc Géigendeel zu der virausgesater Polaritéit a weist en negativen Wäert wann de Laserstrahl op d'Géigend ronderëm déi negativ Elektrode weist. Vum Wäert vu Voc kann d'Potenzial iwwer d'Interface geschat ginn: d'Distanz tëscht den zwee Spannungsleitungen d ass ~5 × 10−3 m, d'Dicke vun der Metall-Superleiter-Interface, di, sollt déiselwecht Gréisst sinn. wéi d'Kohärenzlängt vum YBCO Superleiter (~ 1 nm) 19,20, huelt de Wäert vu Voc = 0,03 mV, gëtt de Potenzial Vms um Metall-Superleiter-Interface bewäert op ~10−11 V bei 50 K mat enger Laserintensitéit vun 502 mW/cm2, benotzt Equatioun,
Mir wëllen hei ënnersträichen datt d'Foto-induzéiert Spannung net duerch Fotothermesch Effekt erkläert ka ginn. Et gouf experimentell festgestallt, datt de Seebeck-Koeffizient vum Superleiter YBCO Ss = 021 ass. D'Temperatur vum Kupferdrot um Laserfleck kann ëm e klenge Betrag vun 0,06 K eropgesat ginn mat maximaler Laserintensitéit, déi bei 50 K verfügbar ass. Dëst kéint en thermoelektrescht Potenzial vu 6,9 × 10−8 V produzéieren, wat dräi Uerder méi kleng ass wéi de Voc kritt an der Fig 1 (a). Et ass evident datt den thermoelektreschen Effekt ze kleng ass fir d'experimentell Resultater z'erklären. Tatsächlech géif d'Temperaturvariatioun duerch Laserbestralung a manner wéi enger Minutt verschwannen, sou datt de Bäitrag vum thermesche Effekt sécher ignoréiert ka ginn.
Dëse photovoltaesche Effekt vum YBCO bei Raumtemperatur weist datt en anere Laden Trennungsmechanismus hei involvéiert ass. Superleitend YBCO am normalen Zoustand ass e p-Typ Material mat Lächer als Ladungstransporter22,23, während metallesch Ag-Paste Charakteristike vun engem n-Typ Material huet. Ähnlech wéi pn junctions, d'Diffusioun vun Elektronen an der Sëlwer Paste a Lächer an YBCO Keramik wäert eng intern elektresch Feld Form op d'YBCO Keramik op der Interface (Fig. 1h). Et ass dëst internt Feld dat d'Trennungskraaft ubitt a féiert zu engem positiven Voc an negativen Isc fir den YBCO-Ag Paste System bei Raumtemperatur, wéi an der Fig. Alternativ kéint Ag-YBCO e p-Typ Schottky-Kräizung bilden, deen och zu engem Interfacepotenzial féiert mat der selwechter Polaritéit wéi am Modell hei uewen24.
Fir den detailléierte Evolutiounsprozess vun de photovoltaesche Properties während dem Superleitungstransitioun vum YBCO z'ënnersichen, goufen IV Kéiren vun der Probe bei 80 K gemooss mat ausgewielte Laserintensitéiten, déi op der Kathodeelektrode beliichten (Fig. 2). Ouni Laserbestrahlung hält d'Spannung iwwer d'Probe op Null onofhängeg vum Stroum, wat den Superleitungszoustand vun der Probe bei 80 K bezeechent (Fig. 2a). Ähnlech wéi d'Daten, déi bei 50 K kritt goufen, beweegen d'IV Kéiren parallel zu der I-Achs no ënnen mat enger Erhéijung vun der Laserintensitéit bis e kritesche Wäert Pc erreecht gëtt. Iwwer dës kritesch Laserintensitéit (Pc) mécht de Superleiter en Iwwergang vun enger Superleitungsphase op eng resistiv Phase; d'Spannung fänkt mat Stroum erop ze erhéijen wéinst der Erscheinung vu Resistenz am Superleiter. Als Resultat fänkt d'IV Kurve mat der I-Achs a V-Achs ze kräizen, wat zu engem negativen Voc an engem positive Isc am Ufank féiert. Elo schéngt d'Probe an engem speziellen Zoustand ze sinn, an deem d'Polaritéit vu Voc an Isc extrem empfindlech op d'Liichtintensitéit ass; mat enger ganz klenger Erhéijung vun der Liichtintensitéit gëtt den Isc vu positiven op negativ ëmgewandelt an de Voc vum negativen op de positiven Wäert ëmgewandelt, andeems d'Origine passéiert (déi héich Sensibilitéit vu photovoltaeschen Eegeschaften, besonnesch de Wäert vun Isc, op d'Liichtbeliichtung kann méi kloer an der Fig. 2b). Bei der héchster Laserintensitéit sinn d'IV Kéiren wëlles parallel mateneen ze sinn, wat den normalen Zoustand vun der YBCO Probe bedeit.
D'Laser Plaz Zentrum ass ronderëm d'Kathodeelektroden positionéiert (kuckt Fig. 1i). a, IV Kéiren vun YBCO bestrahlt mat verschiddene Laserintensitéiten. b (uewen), Laser Intensitéit Ofhängegkeet vun oppen Circuit Volt Voc a kuerz Circuit aktuell Isc. D'Isc Wäerter kënnen net bei enger gerénger Liichtintensitéit (<110 mW/cm2) kritt ginn, well d'IV Kéiren parallel zu der I-Achs sinn wann d'Probe am Superleitungszoustand ass. b (ënnen), differentiell Resistenz als Funktioun vun Laser Intensitéit.
D'Laserintensitéit Ofhängegkeet vu Voc an Isc bei 80 K gëtt an der Fig. 2b (uewen) gewisen. D'photovoltaesch Eegeschafte kënnen an dräi Regioune vun der Liichtintensitéit diskutéiert ginn. Déi éischt Regioun ass tëscht 0 a Pc, an där YBCO superleitend ass, Voc ass negativ a verréngert (absolute Wäerterhéijungen) mat der Liichtintensitéit an erreecht e Minimum bei Pc. Déi zweet Regioun ass vu Pc op eng aner kritesch Intensitéit P0, an där de Voc eropgeet, während d'Isc mat der Erhéijung vun der Liichtintensitéit erofgeet a béid bei P0 Null erreechen. Déi drëtt Regioun ass iwwer P0 bis den normale Zoustand vum YBCO erreecht gëtt. Och wa béid Voc an Isc mat der Liichtintensitéit op déiselwecht Manéier variéieren wéi an der Regioun 2, hu se entgéintgesate Polaritéit iwwer der kritescher Intensitéit P0. D'Bedeitung vu P0 läit an datt et kee photovoltaesche Effekt gëtt an de Ladentrennungsmechanismus qualitativ op dësem bestëmmte Punkt ännert. D'YBCO Probe gëtt net-superleitend an dësem Beräich vun der Liichtintensitéit awer den normalen Zoustand ass nach net erreecht.
Kloer sinn d'photovoltaesch Charakteristiken vum System enk mat der Superleitung vum YBCO a sengem Superleitungsiwwergank verbonnen. D'Differenziell Resistenz, dV /dI, vun YBCO gëtt an der Figur 2b (ënnen) als Funktioun vun der Laserintensitéit gewisen. Wéi virdru scho gesot, den agebaute elektresche Potenzial an der Interface wéinst Cooper Pair Diffusiounspunkte vum Superleiter op Metall. Ähnlech wéi dee bei 50 K observéiert gëtt, gëtt de Photovoltaikeffekt verbessert mat enger Erhéijung vun der Laserintensitéit vun 0 op Pc. Wann d'Laserintensitéit e Wäert liicht iwwer Pc erreecht, fänkt d'IV-Kurve un ze kippen an d'Resistenz vun der Probe fänkt un, awer d'Polaritéit vum Interfacepotenzial ass nach net geännert. Den Effekt vun der optescher Excitatioun op d'Superleitung gouf an der sichtbarer oder no-IR Regioun ënnersicht. Wärend de Basisprozess ass d'Cooper Pairen opzedeelen an d'Superleitung ze zerstéieren25,26, an e puer Fäll kann d'Superleitungstransitioun verbessert ginn27,28,29, nei Phasen vun der Superleitung kënne souguer induzéiert ginn30. D'Feele vu Superkonduktivitéit am Pc kann dem foto-induzéierte Pair briechen zougeschriwwe ginn. Um Punkt P0 gëtt d'Potenzial iwwer d'Interface null, wat beweist datt d'Laaschtdicht op béide Säiten vun der Interface deeselwechten Niveau erreecht ënner dëser spezieller Intensitéit vun der Liichtbeliichtung. Weider Erhéijung vun Laser Intensitéit Resultater méi Cooper Puer zerstéiert ginn an YBCO gëtt graduell zréck an engem p-Typ Material transforméiert. Amplaz vun Elektronen an Cooper Pair Diffusioun, ass d'Fonktioun vun der Interface elo duerch Elektronen a Lach Diffusioun bestëmmt déi zu enger Polaritéit ëmgedréint vun der elektrescht Feld an der Interface féiert an domatter engem positive Voc (vergläicht Fig.1d, h). Bei ganz héijer Laserintensitéit saturéiert d'Differentialresistenz vun YBCO zu engem Wäert deen dem normalen Zoustand entsprécht a béid Voc an Isc tendéieren linear mat der Laserintensitéit ze variéieren (Fig. 2b). Dës Observatioun weist datt d'Laserbestrahlung am normalen Zoustand YBCO net méi seng Resistivitéit an d'Feature vun der Superleiter-Metall-Interface wäert änneren, awer nëmmen d'Konzentratioun vun den Elektronen-Lach-Paren erhéijen.
Fir den Effekt vun der Temperatur op d'Photovoltaikeigenschaften z'ënnersichen, gouf de Metall-Superleitersystem an der Kathode mat bloe Laser vun der Intensitéit 502 mW/cm2 bestrahlt. IV Kéiren, déi bei ausgewielten Temperaturen tëscht 50 an 300 K kritt ginn, ginn an der Figur 3a. D'Open Circuit Volt Voc, kuerz Circuit aktuell Isc an d'Differenziell Resistenz kann dann aus dëse IV Kéiren kritt ginn a sinn an Fig.. 3b gewisen. Ouni Liichtbeliichtung passéieren all d'IV-Kéiren, déi bei verschiddenen Temperaturen gemooss ginn, den Urspronk wéi erwaart (Inset vun Fig. 3a). D'IV Charakteristiken änneren drastesch mat der Erhéijung vun der Temperatur wann de System vun engem relativ staarken Laserstrahl (502 mW / cm2) beliicht ass. Bei niddregen Temperaturen sinn d'IV-Kéiren riicht Linnen parallel zu der I-Achs mat negativen Wäerter vu Voc. Dës Kurve beweegt sech no uewen mat der Erhéijung vun der Temperatur a verwandelt sech lues a lues an eng Linn mat engem net null Hang bei enger kritescher Temperatur Tcp (Fig. 3a (uewen)). Et schéngt, datt all IV charakteristesche Kéiren ëm e Punkt am drëtte Quadrant rotéieren. Voc klëmmt vun engem negativen Wäert op e positiven, während Isc vun engem positiven op en negativen Wäert erofgeet. Iwwer der ursprénglecher superleitend Iwwergangstemperatur Tc vum YBCO ännert sech d'IV-Kurve éischter anescht mat der Temperatur (ënnen vun der Fig. 3a). Als éischt bewegt d'Rotatiounszentrum vun den IV Kéiren an den éischte Quadrant. Zweetens, hält de Voc erof an d'Isc erhéicht mat der Erhéijung vun der Temperatur (Uewe vun der Fig. 3b). Drëttens erhéicht den Hang vun den IV Kéiren linear mat der Temperatur, déi zu engem positiven Temperaturkoeffizient vun der Resistenz fir YBCO (ënnen vun der Fig. 3b) resultéiert.
Temperatur Ofhängegkeet vun photovoltaic Charakteristiken fir YBCO-Ag Paste System ënner 502 mW / cm2 Laser Beliichtung.
D'Laser Plaz Zentrum ass ronderëm d'Kathodeelektroden positionéiert (kuckt Fig. 1i). a, IV Kéiren kritt vun 50 ze 90 K (uewen) a vun 100 ze 300 K (ënnen) mat enger Temperatur Steigerung vun 5 K an 20 K, respektiv. Inset a weist IV Charakteristiken bei verschiddenen Temperaturen am Däischteren. All d'Kéiren kräizen den Hierkonftspunkt. b, Open Circuit Volt Voc a Kuerzschlussstroum Isc (uewen) an d'Differentialresistenz, dV / dI, vum YBCO (ënnen) als Funktioun vun der Temperatur. D'Nullresistenz-superleitend Iwwergangstemperatur Tcp gëtt net uginn well se ze no bei Tc0 ass.
Dräi kritesch Temperaturen kënnen aus der Fig. Tc0, bei deem souwuel de Voc an den Isc Null an Tc ginn, déi ursprénglech ufanks superleitend Iwwergangstemperatur vun YBCO ouni Laserbestralung. Ënner Tcp ~ 55 K ass de laserbestraalten YBCO an engem superleitende Staat mat relativ héijer Konzentratioun vu Cooper-Paaren. Den Effet vun der Laserbestrahlung ass d'Nullresistenz-superleitend Iwwergangstemperatur vun 89 K op ~ 55 K (ënneschten vun der Fig. 3b) ze reduzéieren andeems d'Cooper Pair Konzentratioun reduzéiert gëtt zousätzlech zu der Produktioun vu Photovoltaikspannung a Stroum. D'Erhéijung vun der Temperatur brécht och d'Cooper Pairen of, déi zu engem méi nidderegen Potenzial an der Interface féieren. Dofir gëtt den absolute Wäert vu Voc méi kleng, obwuel déiselwecht Intensitéit vun der Laserbeleuchtung applizéiert gëtt. D'Interfacepotenzial gëtt méi kleng a méi kleng mat enger weiderer Temperaturerhéijung an erreecht Null bei Tc0. Et gëtt kee photovoltaeschen Effekt op dësem spezielle Punkt, well et keen internt Feld gëtt fir déi fotoinduzéiert Elektronen-Lach-Paren ze trennen. Eng Polaritéit ëmgedréint vum Potenzial geschitt iwwer dës kritesch Temperatur well d'fräi Ladungsdicht an Ag Paste méi grouss ass wéi déi an YBCO, déi graduell zréck an e p-Typ Material transferéiert gëtt. Hei wëlle mir ënnersträichen datt d'Polaritéit ëmgedréint vu Voc an Isc direkt nom Nullresistenz Superleitungsiwwergang geschitt, onofhängeg vun der Ursaach vum Iwwergang. Dës Observatioun weist kloer, fir d'éischte Kéier, d'Korrelatioun tëscht Superleitung an de photovoltaesche Effekter, déi mam Metall-Superleiter-Interfacepotenzial verbonne sinn. D'Natur vun dësem Potenzial iwwer d'Superleiter-normal Metal Interface war e Fuerschungsfokus fir déi lescht e puer Joerzéngte awer et gi vill Froen déi nach ëmmer waarden op Äntwert. D'Messung vum Photovoltaikeffekt kann sech als eng efficace Method beweisen fir d'Detailer (wéi seng Kraaft a Polaritéit etc.) vun dësem wichtege Potenzial z'erklären an domat d'Liicht op den Héichtemperatur-superleitende Proximitéitseffekt ze werfen.
Weider Temperaturerhéijung vun Tc0 op Tc féiert zu enger méi klenger Konzentratioun vu Cooper Pairen an enger Erhéijung vum Interfacepotenzial an doduerch méi grouss Voc. Um Tc gëtt d'Cooper Pair Konzentratioun null an de Baupotenzial um Interface erreecht e Maximum, wat zu maximal Voc a Minimum Isc resultéiert. Déi séier Erhéijung vu Voc an Isc (absolute Wäert) an dësem Temperaturberäich entsprécht dem Superleitungsiwwergang, dee vun ΔT ~ 3 K op ~ 34 K duerch Laserbestralung vun der Intensitéit 502 mW / cm2 erweidert gëtt (Fig. 3b). An den normale Staaten iwwer Tc fällt d'Open Circuit Spannung Voc mat der Temperatur erof (Uewe vun der Fig. 3b), ähnlech wéi d'linear Verhalen vu Voc fir normal Solarzellen baséiert op pn junctions31,32,33. Och wann d'Verännerungsquote vu Voc mat Temperatur (−dVoc/dT), déi staark vun der Laserintensitéit ofhänkt, vill méi kleng ass wéi déi vun normalen Solarzellen, huet den Temperaturkoeffizient vum Voc fir YBCO-Ag Kräizung déiselwecht Gréisst wéi déi vun de Solarzellen. De Leckstroum vun engem pn-Kräizung fir en normale Solarzell-Apparat hëlt mat der Erhéijung vun der Temperatur erop, wat zu enger Ofsenkung vum Voc féiert wéi d'Temperatur eropgeet. Déi linear IV-Kéiren, déi fir dësen Ag-Superconductor-System observéiert ginn, duerch éischtens de ganz klenge Interfacepotential an zweetens d'Réck-ze-Réckverbindung vun deenen zwee Heterojunctions, mécht et schwéier de Leckstroum ze bestëmmen. Trotzdem ass et ganz wahrscheinlech datt déiselwecht Temperaturofhängegkeet vum Leckstroum verantwortlech ass fir de Voc Verhalen dat an eisem Experiment observéiert gëtt. No der Definitioun ass Isc de Stroum deen néideg ass fir eng negativ Spannung ze produzéieren fir Voc ze kompenséieren sou datt d'total Spannung null ass. Wéi d'Temperatur eropgeet, gëtt de Voc méi kleng sou datt manner Stroum gebraucht gëtt fir déi negativ Spannung ze produzéieren. Ausserdeem erhéicht d'Resistenz vum YBCO linear mat der Temperatur iwwer Tc (ënneschten vun der Fig. 3b), wat och zum méi klengen absolute Wäert vun Isc bei héijen Temperaturen bäidréit.
Notéiert datt d'Resultater, déi an de Figuren 2,3 ginn, duerch Laserbestralung an der Géigend ronderëm d'Kathodeelektroden kritt ginn. Miessunge goufen och widderholl mat Laser Fleck op der Anode positionéiert an ähnlech IV Charakteristiken a photovoltaesch Eegeschafte goufen observéiert ausser datt d'Polaritéit vu Voc an Isc an dësem Fall ëmgedréit gouf. All dës Donnéeë féieren zu engem Mechanismus fir de Photovoltaikeffekt, deen enk mat der Superleiter-Metal-Interface verbonnen ass.
Zesummegefaasst, goufen d'IV Charakteristiken vun Laser bestrahlt superconducting YBCO-Ag Paste System als Funktiounen vun Temperatur an Laser Intensitéit gemooss. Bemierkenswäert Photovoltaik Effekt gouf am Temperaturberäich vu 50 bis 300 K beobachtet. Et gëtt festgestallt datt d'Photovoltaik Eegeschafte staark mat der Superleitung vun YBCO Keramik korreléieren. Eng Polaritéit ëmgedréint vu Voc an Isc geschitt direkt no der photo-induzéierter Superleitung an net-Superleitend Iwwergang. Temperaturabhängegkeet vu Voc an Isc gemooss bei fixer Laserintensitéit weist och eng markant Polaritéit ëmgedréint bei enger kritescher Temperatur iwwer déi d'Probe resistiv gëtt. Andeems Dir de Laserfleck zu engem aneren Deel vun der Probe lokaliséiert, weisen mir datt et en elektrescht Potenzial iwwer d'Interface existéiert, wat d'Trennungskraaft fir déi Foto-induzéiert Elektronen-Lach-Paren ubitt. Dëst Interface Potential riicht vum YBCO op d'Metallelektrode wann YBCO superleitend ass a schalt an déi entgéintgesate Richtung wann d'Probe net-superleitend gëtt. Den Urspronk vum Potenzial kann natierlech mat der Proximitéitseffekt op der Metall-Superleiter-Interface verbonne sinn wann YBCO superleitend ass a geschat gëtt op ~10−8 mV bei 50 K mat enger Laserintensitéit vu 502 mW/cm2. Kontakt vun engem p-Typ Material YBCO am normalen Zoustand mat engem n-Typ Material Ag-Paste bildt e quasi-pn-Kräizung, deen fir d'photovoltaesch Verhalen vun YBCO Keramik bei héijen Temperaturen verantwortlech ass. Déi uewe genannte Beobachtungen werfen d'Liicht op den PV-Effekt an der héijer Temperatursuperleitung YBCO Keramik a baut de Wee fir nei Uwendungen an optoelektroneschen Apparater wéi schnelle passive Liichtdetektor an Single Photon Detektor.
D'Photovoltaik Effekt Experimenter goufen op engem YBCO Keramik Prouf vun 0,52 mm Dicke an 8,64 × 2,26 mm2 rechteckeg Form gemaach a beliicht duerch kontinuéierlech Welle blo-Laser (λ = 450 nm) mat Laser Fleck Gréisst vun 1,25 mm am Radius. D'Benotzung vu Bulk anstatt dënnem Filmprobe erlaabt eis d'photovoltaesch Eegeschafte vum Superleiter ze studéieren ouni mat dem komplexen Afloss vum Substrat ze këmmeren6,7. Ausserdeem kéint d'Massmaterial fir seng einfach Virbereedungsprozedur a relativ niddrege Käschte bevorzugt. D'Kupferleitdrähte sinn op der YBCO-Probe mat Sëlwerpaste kohäréiert, déi véier kreesfërmeg Elektroden ongeféier 1 mm Duerchmiesser bilden. D'Distanz tëscht den zwou Spannungselektroden ass ongeféier 5 mm. IV Charakteristiken vun der Probe goufe mam Schwéngungsprobemagnetometer (VersaLab, Quantum Design) mat enger Quarzkristallfenster gemooss. Standard Véier-Drot Method gouf benotzt fir d'IV Kéiren ze kréien. D'relativ Positiounen vun Elektroden an der Laser Fleck sinn an Fig.. 1i gewisen.
Wéi zitéiert dësen Artikel: Yang, F. et al. Urspronk vun photovoltaic Effekt an superconducting YBa2Cu3O6.96 Keramik. Sci. Rep 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG, Testardi, LR. Phys. Rev. B 41, 11564-11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Hierkonft vum anomale Photovoltaiksignal am Y-Ba-Cu-O. Phys. Rev. B 43, 6270-6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW. Phys. Rev. B 46, 5773-5776 (1992).
Tate, KL, et al. Transient Laser-induzéiert Spannungen an Raumtemperaturfilmer vu YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Anomal photovoltaic Äntwert an YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 46, 3692-3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Photogeneréiert Lach-Trägerinjektioun op YBa2Cu3O7−x an enger Oxidheterostruktur. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Photoemissiounsstudie vu YBa2Cu3Oy dënnem Filmer ënner Liichtbeliichtung. Phys. Rev. Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Photovoltaic Effekt vun YBa2Cu3O7-δ / SrTiO3: Nb Heterojunction annealed a verschiddene Sauerstoff Partiell Drock. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Zwee-Gap Struktur an Yb (Y) Ba2Cu3O7-x Eenkristallen. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Quasiparticle Relaxatiounsdynamik bei Superleitungen mat verschiddene Spaltstrukturen: Theorie an Experimenter op YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. B 59, 1497-1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB. Phys. Rev. Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Transient photoinduced Leitung an semiconducting eenzel Kristalle vun YBa2Cu3O6.3: Sich no photoinduced metallen Staat a fir photoinduced superconductivity. Solid State Commun. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Tunneling Modell vum superleitende Proximitéitseffekt. Phys. Rev 175, 537-542 (1968).
Guéron, S. et al. Superleitend Proximitéitseffekt gepréift op enger mesoskopescher Längtskala. Phys. Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Proximitéit Effekt mat noncentrosymmetric superconductors. Phys. Rev B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Staark superleitend Proximitéitseffekt an Pb-Bi2Te3 Hybrid Strukturen. Sci. Rep 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Impurity Effekter op der superconducting Kohärenz Längt an Zn- oder Ni-dotéiert YBa2Cu3O6.9 Single Kristaller. Phys. Rev. B 60, 114-117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance vun Untwinned YBa2Cu3Oy Single Kristaller an eng breet Palette vun Doping: anomal Lach-Doping Ofhängegkeet vun der Kohärenz Längt. Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Systematik an der thermoelektrescher Kraaft vun High-T, Oxiden. Phys. Rev. B 46, 14928-14931, (1992).
Sugai, S. et al. Carrier-Densitéit-ofhängeg Dynamikverschiebung vum kohärent Peak an dem LO Phonon Modus an p-Typ High-Tc Superleitungen. Phys. Rev B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Lach Reduktioun an Elektronen Akkumulation an YBa2Cu3Oy dënn Filmer mat enger elektrochemescher Technik: Beweis fir en n-Typ metallesche Staat. Phys. Rev B 84, 020502 (2011).
Tung, RT D'Physik a Chimie vun der Schottky Barrière Héicht. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Effekter vun dynamesche externen Pair Breaking an Superconducting Filmer. Phys. Rev. Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Photoinduzéiert Verbesserung vun der Superkonduktivitéit. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Persistent Fotokonduktivitéit an YBa2Cu3O6+x Filmer als Method fir Photodoping op metallesch a superleitend Phasen. Phys. Rev B 14, 9017-9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Netlinear Gitter Dynamik als Basis fir verstäerkte Superkonduktivitéit am YBa2Cu3O6.5. Natur 516, 71-74 (2014).
Fausti, D. et al. Liicht-induzéiert superconductivity an engem Sträif-bestallt cuprate. Science 331, 189-191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA D'Temperatur funktionell Ofhängegkeet vu VOC fir eng Solarzelle par rapport zu senger Effizienz nei Approche. Desalination 209, 91-96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Temperatureffekter an Schottky-Barriär Silizium Solarzellen. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Temperaturabhängegkeet fir d'Photovoltaik-Apparatparameter vu Polymer-Fulleren Solarzellen ënner Operatiounsbedingungen. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Dës Aarbecht gouf vun der National Natural Science Foundation vu China ënnerstëtzt (Grant Nr 60571063), de Fundamental Research Projects vun der Henan Provënz, China (Grant Nr 122300410231).
FY huet den Text vum Pabeier geschriwwen an de MYH huet d'YBCO Keramikprobe virbereet. FY an MYH hunn d'Experiment gemaach an d'Resultater analyséiert. FGC huet de Projet an d'wëssenschaftlech Interpretatioun vun den Donnéeën gefouert. All Auteuren hunn d'Manuskript iwwerpréift.
Dëst Wierk ass ënner enger Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenzéiert. D'Biller oder aner Drëttubidder an dësem Artikel sinn an der Creative Commons Lizenz vum Artikel abegraff, wann net anescht an der Kredittlinn uginn; wann d'Material net ënner der Creative Commons Lizenz abegraff ass, mussen d'Benotzer Erlaabnis vum Lizenzhalter kréien fir d'Material ze reproduzéieren. Fir eng Kopie vun dëser Lizenz ze gesinn, besicht http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Origine vun photovoltaic Effekt an superconducting YBa2Cu3O6.96 Keramik. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Andeems Dir e Kommentar ofgitt, sidd Dir averstanen un eis Konditioune a Gemeinschaftsrichtlinnen ze halen. Wann Dir eppes mëssbraucht fannt oder dat net eise Konditioune oder Richtlinnen entsprécht, da markéiert et als onpassend.
Post Zäit: Apr-22-2020