Hatur nuhun tos nganjang ka nature.com. Anjeun nganggo vérsi browser kalayan dukungan kawates pikeun CSS. Pikeun kéngingkeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun anjeun nganggo browser anu langkung énggal (atanapi mareuman modeu kasaluyuan dina Internet Explorer). Samentawis éta, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, kami nampilkeun situs tanpa gaya sareng JavaScript.
Urang ngalaporkeun pangaruh photovoltaic luar biasa dina YBa2Cu3O6.96 (YBCO) keramik antara 50 jeung 300 K ngainduksi ku katerangan biru-laser, nu langsung patali jeung superconductivity of YBCO jeung YBCO-logam éléktroda panganteur. Aya ngabalikeun polaritasna pikeun tegangan sirkuit kabuka Voc sareng arus sirkuit pondok Isc nalika YBCO ngalaman transisi tina superconducting kana kaayaan résistif. Kami nunjukkeun yén aya poténsi listrik dina antarmuka logam superkonduktor-normal, anu nyayogikeun gaya pamisahan pikeun pasangan éléktron-liang anu ngainduksi poto. Potensi panganteur ieu ngarahkeun ti YBCO ka éléktroda logam nalika YBCO ieu superconducting sarta pindah ka arah nu lalawanan nalika YBCO janten nonsuperconducting. Asal-usul poténsial bisa gampang dikaitkeun jeung éfék deukeutna dina panganteur logam-superkonduktor nalika YBCO superconducting sarta nilaina diperkirakeun jadi ~ 10-8 mV dina 50 K kalawan inténsitas laser 502 mW / cm2. Kombinasi bahan p-tipe YBCO dina kaayaan normal sareng bahan tipe-n Ag-témpél ngabentuk simpang kuasi-pn anu tanggung jawab kana paripolah photovoltaic keramik YBCO dina suhu anu luhur. Papanggihan urang tiasa muka jalan pikeun aplikasi anyar alat-alat foton-éléktronik sareng langkung terang ngeunaan pangaruh jarakna dina antarmuka superkonduktor-logam.
Tegangan anu dipangaruhan ku poto dina superkonduktor suhu luhur parantos dilaporkeun dina awal 1990-an sareng ditalungtik sacara éksténsif ti saprak éta, tapi sifat sareng mékanismena tetep teu stabil1,2,3,4,5. YBa2Cu3O7-δ (YBCO) film ipis6,7,8, hususna, anu intensif diulik dina bentuk photovoltaic (PV) sél alatan gap énergi adjustable na9,10,11,12,13. Sanajan kitu, résistansi luhur substrat salawasna ngakibatkeun efisiensi konversi low sahiji alat jeung masker sipat PV primér YBCO8. Di dieu urang ngalaporkeun pangaruh photovoltaic anu luar biasa ngainduksi ku katerangan biru-laser (λ = 450 nm) dina keramik YBa2Cu3O6.96 (YBCO) antara 50 sareng 300 K (Tc ~ 90 K). Kami nunjukkeun yén pangaruh PV langsung aya hubunganana sareng superkonduktivitas YBCO sareng sifat antarmuka éléktroda YBCO-logam. Aya ngabalikeun polaritasna pikeun tegangan sirkuit kabuka Voc sareng arus sirkuit pondok Isc nalika YBCO ngalaman transisi tina fase superkonduktor ka kaayaan résistif. Diusulkeun yén aya poténsi éléktrik sakuliah panganteur logam superkonduktor-normal, nu nyadiakeun gaya separation pikeun pasangan éléktron-liang-ngainduksi poto. Potensi panganteur ieu ngarahkeun ti YBCO ka éléktroda logam nalika YBCO ieu superconducting sarta pindah ka arah nu lalawanan nalika sampel jadi nonsuperconducting. Asal poténsial tiasa sacara alami dipatalikeun sareng pangaruh jarakna14,15,16,17 dina antarmuka logam-superkonduktor nalika YBCO superkonduktor sareng nilaina diperkirakeun janten ~ 10−8 mV dina 50 K kalayan inténsitas laser 502 mW /cm2. Kombinasi bahan p-tipe YBCO dina kaayaan normal jeung bahan n-tipe Ag-témpél ngabentuk, paling dipikaresep, simpang kuasi-pn nu jawab kabiasaan PV keramik YBCO dina suhu luhur. Pengamatan kami langkung terang ngeunaan asal-usul pangaruh PV dina keramik YBCO superconducting suhu luhur sareng muka jalan pikeun aplikasina dina alat optoeléktronik sapertos detektor lampu pasip gancang jsb.
Gambar 1a-c nunjukeun yen ciri IV sampel keramik YBCO dina 50 K. Tanpa katerangan lampu, tegangan sakuliah sampel tetep enol jeung ngarobah ayeuna, sakumaha bisa diperkirakeun ti bahan superconducting. Éfék photovoltaic atra némbongan nalika sinar laser diarahkeun ka katoda (Gbr. 1a): kurva IV sajajar jeung sumbu-I ngalir ka handap kalayan ngaronjatna inténsitas laser. Kabuktian yen aya tegangan foto-ngainduksi négatip sanajan tanpa arus (mindeng disebut tegangan circuit kabuka Voc). Kemiringan enol tina kurva IV nunjukkeun yén sampel masih superconducting dina katerangan laser.
(a–c) jeung 300 K (e–g). Nilai V(I) dimeunangkeun ku sweeping arus tina −10 mA ka +10 mA dina vakum. Ngan bagian tina data eksperimen dibere demi kajelasan. a, Karakteristik arus-tegangan YBCO diukur ku titik laser diposisikan dina katoda (i). Sadaya kurva IV nyaéta garis lempeng horisontal anu nunjukkeun yén sampel masih superconducting kalayan iradiasi laser. Kurva ngalir ka handap kalayan ngaronjatna inténsitas laser, nunjukkeun yén aya poténsi négatip (Voc) antara dua tegangan ngabalukarkeun sanajan kalawan nol ayeuna. Kurva IV tetep unchanged lamun laser diarahkeun ka puseur sampel dina éter 50 K (b) atawa 300 K (f). Garis horizontal pindah ka luhur nalika anoda cahayana (c). Hiji model skéma tina logam-superkonduktor simpang dina 50 K ditémbongkeun dina d. Karakteristik tegangan-ayeuna YBCO kaayaan normal dina 300 K diukur ku sinar laser nunjuk ka katoda jeung anoda dirumuskeun dina e jeung g masing-masing. Kontras jeung hasil dina 50 K, non-enol lamping tina garis lempeng nunjukkeun yén YBCO aya dina kaayaan normal; nilai Voc beda-beda jeung inténsitas cahaya dina arah nu lalawanan, nunjukkeun mékanisme separation muatan béda. Struktur panganteur mungkin dina 300 K digambarkeun dina hj Gambar nyata sampel kalawan kalungguhan.
YBCO-euyeub oksigén dina kaayaan superconducting bisa nyerep ampir pinuh spéktrum cahya panonpoé alatan celah énergi pisan leutik (Contona) 9,10, kukituna nyieun pasangan éléktron-hole (e-h). Pikeun ngahasilkeun tegangan sirkuit kabuka Voc ku nyerep foton, perlu sacara spasial misahkeun pasangan foto-generate éh saméméh rekombinasi lumangsung18. Voc négatip, relatif ka katoda jeung anoda sakumaha dituduhkeun dina Gbr. 1i, nunjukkeun yen aya poténsi listrik sakuliah panganteur logam-superkonduktor, nu sweeps éléktron ka anoda jeung liang ka katoda. Upami ieu pasualan, kedah aya ogé poténsi ngarah tina superkonduktor ka éléktroda logam di anoda. Akibatna, hiji Voc positif bakal diala lamun wewengkon sampel deukeut anoda cahayana. Saterusna, teu kudu aya tegangan foto-ngainduksi lamun titik laser keur nunjuk ka wewengkon tebih ti éléktroda. Ieu tangtu kasus sakumaha bisa ditempo ti Gbr. 1b, c!.
Nalika titik cahaya ngalir ti éléktroda katoda ka puseur sampel (ngeunaan 1,25 mm sajaba ti interfaces), euweuh variasi kurva IV sarta euweuh Voc bisa dititénan kalayan ngaronjatna inténsitas laser ka nilai maksimum sadia (Gbr. 1b). . Alami, hasil ieu bisa ascribed kana umur kawates pamawa-ngainduksi poto jeung kurangna gaya separation dina sampel. Pasangan éléktron-liang bisa dijieun iraha wae sampel cahayana, tapi lolobana pasangan e-h bakal musnah tur euweuh pangaruh photovoltaic dititénan lamun titik laser ragrag dina wewengkon jauh ti salah sahiji éléktroda. Mindahkeun titik laser ka éléktroda anoda, kurva IV sajajar jeung sumbu-I ngalir ka luhur kalayan ngaronjatna inténsitas laser (Gbr. 1c). Médan listrik diwangun-di anu sami aya dina simpang logam-superkonduktor di anoda. Nanging, éléktroda logam nyambungkeun kana kalungguhan positip sistem tés waktos ayeuna. Liang-liang anu dihasilkeun ku laser didorong kana kalungguhan anoda sahingga aya Voc anu positif. Hasilna dibere di dieu nyadiakeun bukti kuat yen aya memang aya poténsi panganteur ngarah tina superkonduktor ka éléktroda logam.
Pangaruh photovoltaic dina keramik YBa2Cu3O6.96 dina 300 K ditémbongkeun dina Gbr. 1e–g. Tanpa katerangan cahaya, kurva IV sampel mangrupa garis lempeng nyebrang asal. garis lempeng ieu ngalir ka luhur sajajar jeung aslina kalawan ngaronjatna inténsitas laser irradiating dina lead katoda (Gbr. 1e). Aya dua kasus ngawatesan dipikaresep pikeun alat photovoltaic. Kaayaan pondok-circuit lumangsung nalika V = 0. Arus dina hal ieu disebut salaku arus circuit pondok (Isc). Kasus ngawatesan kadua nyaéta kaayaan sirkuit terbuka (Voc) anu lumangsung nalika R→∞ atanapi arus nol. Gambar 1e jelas nunjukkeun yén Voc positip sareng ningkat kalayan ningkatkeun inténsitas cahaya, kontras sareng hasil anu dicandak dina 50 K; sedengkeun Isc négatif dititénan ngaronjat dina gedena jeung katerangan lampu, kabiasaan has sél surya normal.
Nya kitu, nalika sinar laser ieu nunjuk ka wewengkon jauh ti éléktroda, kurva V (I) bebas tina inténsitas laser sarta euweuh pangaruh photovoltaic mucunghul (Gbr. 1f). Sarupa jeung pangukuran dina 50 K, kurva IV pindah ka arah nu lalawanan salaku éléktroda anoda ieu irradiated (Gbr. 1g). Sadaya hasil ieu dicandak pikeun sistem témpél YBCO-Ag ieu dina 300 K kalayan sinar laser dina posisi anu béda tina sampel konsisten sareng poténsi antarmuka anu sabalikna ti anu dititénan dina 50 K.
Kalolobaan éléktron ngembun dina pasangan Cooper dina superconducting YBCO handap suhu transisi na Tc. Sedengkeun dina éléktroda logam, sakabéh éléktron tetep dina bentuk tunggal. Aya gradién dénsitas badag pikeun duanana éléktron tunggal jeung pasangan Cooper di sabudeureun antarbeungeut logam-superkonduktor. Éléktron tunggal pembawa mayoritas dina bahan logam bakal sumebar ka daérah superkonduktor, sedengkeun pasangan Cooper-pamawa mayoritas di daérah YBCO bakal sumebar ka daérah logam. Salaku pasangan Cooper mawa muatan leuwih sarta ngabogaan mobilitas leuwih badag batan éléktron tunggal diffuse ti YBCO kana wewengkon logam, atom muatan positif ditinggalkeun balik, hasilna médan listrik di wewengkon muatan spasi. Arah médan listrik ieu ditémbongkeun dina diagram schematic Gbr. 1d. Kajadian cahaya foton deukeut wewengkon muatan spasi bisa nyieun pasangan eh nu bakal dipisahkeun sarta disapu kaluar ngahasilkeun photocurrent dina arah sabalikna-bias. Pas éléktron kaluar tina médan listrik ngawangun-di, aranjeunna condensed kana pasang sarta ngalir ka éléktroda séjén tanpa lalawanan. Dina hal ieu, Voc sabalikna tina polaritasna anu tos disetel sareng nunjukkeun nilai négatip nalika sinar laser nunjuk ka daérah sakitar éléktroda négatip. Tina nilai Voc, poténsi peuntas antarbeungeut tiasa ditaksir: jarak antara dua kalungguhan tegangan d nyaéta ~ 5 × 10−3 m, ketebalan antarmuka logam-superkonduktor, di, kedah sami sareng urutan gedéna. salaku panjang kohérénsi superkonduktor YBCO (~1 nm)19,20, nyandak nilai Voc = 0,03 mV, poténsi Vms dina panganteur logam-superkonduktor. dievaluasi janten ~10−11 V dina 50 K kalayan inténsitas laser 502 mW/cm2, ngagunakeun persamaan,
Urang rék ngantebkeun dieu yén tegangan foto-ngainduksi teu bisa dipedar ku pangaruh termal poto. Geus sacara ékspériméntal ditetepkeun yén koéfisién Seebeck tina superkonduktor YBCO nyaéta Ss = 021. Koéfisién Seebeck pikeun kawat kalungguhan tambaga aya dina rentang SCu = 0,34–1,15 μV/K3. Suhu kawat tambaga di titik laser bisa diangkat nepi ku jumlah leutik 0,06 K kalawan inténsitas laser maksimum sadia dina 50 K. Ieu bisa ngahasilkeun poténsi thermoelectric 6,9 × 10−8 V nu tilu ordo gedena leuwih leutik batan. Voc diala dina Gambar 1 (a). Kabuktian yén pangaruh térmoéléktrik leutik teuing pikeun ngajelaskeun hasil ékspérimén. Kanyataanna, variasi suhu alatan irradiation laser bakal ngaleungit dina waktu kurang ti hiji menit ku kituna kontribusi ti pangaruh termal bisa aman dipaliré.
Pangaruh photovoltaic ieu YBCO dina suhu kamar nembongkeun yén mékanisme separation muatan béda kalibet di dieu. Superconducting YBCO dina kaayaan normal mangrupakeun bahan p-tipe kalawan liang sakumaha muatan carrier22,23, bari logam Ag-témpél boga ciri tina bahan n-tipe. Sarupa jeung pn junctions, difusi éléktron dina némpelkeun pérak jeung liang dina keramik YBCO bakal ngabentuk médan listrik internal ngarah ka keramik YBCO dina panganteur nu (Gbr. 1h). Ieu widang internal nu nyadiakeun gaya separation sarta ngabalukarkeun Voc positif sarta Isc négatip pikeun sistem némpelkeun YBCO-Ag dina suhu kamar, ditémbongkeun saperti dina Gbr. 1e. Alternatipna, Ag-YBCO tiasa ngabentuk simpang Schottky tipe-p anu ogé nuju kana poténsi panganteur kalayan polaritas anu sami sareng modél anu dipidangkeun di luhur24.
Pikeun nalungtik prosés évolusi lengkep sipat photovoltaic salila transisi superconducting of YBCO, kurva IV sampel dina 80 K diukur kalawan inténsitas laser dipilih illuminating dina éléktroda katoda (Gbr. 2). Tanpa irradiation laser, tegangan peuntas sampel tetep dina nol paduli arus, nunjukkeun kaayaan superconducting sampel dina 80 K (Gbr. 2a). Sarupa jeung data diala dina 50 K, IV kurva sajajar jeung I-sumbu ngalir ka handap kalawan ngaronjatna inténsitas laser nepi ka nilai kritis Pc kahontal. Di luhur inténsitas laser kritis ieu (Pc), superkonduktor ngalaman transisi tina fase superkonduktor ka fase résistif; tegangan mimiti ningkat kalawan ayeuna alatan penampilan lalawanan dina superkonduktor nu. Hasilna, kurva IV mimiti motong sareng sumbu-I sareng sumbu V ngarah kana Voc négatip sareng Isc positip dina mimitina. Ayeuna sampel sigana dina kaayaan husus nu polaritasna Voc na Isc pisan sénsitip kana inténsitas cahaya; kalawan saeutik pisan kanaékan inténsitas cahaya Isc dirobah tina positip ka négatif sarta Voc tina négatif kana nilai positif, ngaliwatan asal (sensitipitas luhur sipat photovoltaic, utamana nilai Isc, kana katerangan cahaya bisa ditempo leuwih jelas dina Gbr. 2b). Dina inténsitas laser pangluhurna sadia, kurva IV maksudna pikeun jadi sajajar saling, signifying kaayaan normal tina sampel YBCO.
Puseur titik laser ieu diposisikan sabudeureun éléktroda katoda (tingali Gbr. 1i). a, IV kurva YBCO irradiated kalawan inténsitas laser béda. b (luhur), gumantungna inténsitas laser tina tegangan circuit kabuka Voc jeung sirkuit pondok ayeuna Isc. Nilai Isc teu bisa dimeunangkeun dina inténsitas cahaya remen (<110 mW/cm2) sabab kurva IV sajajar jeung sumbu-I lamun sampel dina kaayaan superconducting. b (handap), résistansi diferensial salaku fungsi inténsitas laser.
Inténsitas laser gumantungna Voc na Isc di 80 K ditémbongkeun dina Gbr. 2b (luhureun). Sipat photovoltaic bisa dibahas dina tilu wewengkon inténsitas cahaya. Wewengkon kahiji nyaeta antara 0 jeung Pc, nu YBCO superconducting, Voc négatif jeung nurun (naékna nilai mutlak) kalawan inténsitas lampu sarta ngahontal minimum dina Pc. Wewengkon kadua ti Pc ka inténsitas kritis séjén P0, nu Voc naek bari Isc turun kalayan ngaronjatna inténsitas cahaya sarta duanana ngahontal enol di P0. Wewengkon katilu di luhur P0 dugi kaayaan normal YBCO ngahontal. Sanajan duanana Voc jeung Isc beda-beda jeung inténsitas cahaya dina cara nu sarua sakumaha di wewengkon 2, aranjeunna mibanda polaritasna sabalikna luhur inténsitas kritis P0. Signifikansi P0 perenahna di yén euweuh pangaruh photovoltaic sarta mékanisme separation muatan robah kualitatif dina titik nu tangtu ieu. Sampel YBCO janten non-superconducting dina rentang inténsitas cahaya ieu tapi kaayaan normal can kahontal.
Jelas, ciri photovoltaic tina sistem anu raket patalina jeung superconductivity of YBCO jeung transisi superconducting na. Résistansi diferensial, dV / dI, YBCO dipidangkeun dina Gbr. 2b (handap) salaku fungsi inténsitas laser. Sakumaha didadarkeun di saméméhna, ngawangun-di poténsi listrik dina panganteur alatan Cooper pasangan titik difusi ti superkonduktor kana logam. Sarupa jeung nu dititénan dina 50 K, pangaruh photovoltaic ditingkatkeun ku ngaronjatna inténsitas laser ti 0 ka Pc. Nalika inténsitas laser ngahontal nilai rada luhur Pc, kurva IV mimiti Dengdekkeun sarta lalawanan sampel mimiti muncul, tapi polaritasna poténsi panganteur teu robah acan. Pangaruh éksitasi optik dina superkonduktivitas geus ditalungtik di wewengkon katempo atawa deukeut-IR. Sedengkeun prosés dasarna nyaéta megatkeun pasangan Cooper jeung ngancurkeun superconductivity25,26, dina sababaraha kasus transisi superconductivity bisa ditingkatkeun27,28,29, fase anyar superconductivity bisa komo jadi induced30. Henteuna superkonduktivitas dina Pc tiasa dikaitkeun kana pegatna pasangan anu ngainduksi poto. Dina titik P0, poténsi peuntas panganteur jadi nol, nunjukkeun dénsitas muatan dina dua sisi panganteur ngahontal tingkat anu sarua dina inténsitas cahaya husus ieu. Kanaékan salajengna dina inténsitas laser nyababkeun langkung seueur pasangan Cooper ancur sareng YBCO laun-laun dirobih deui janten bahan tipe-p. Gantina difusi pasangan éléktron jeung Cooper, fitur antarbeungeut ayeuna ditangtukeun ku difusi éléktron jeung liang nu ngabalukarkeun polaritasna ngabalikeun médan listrik dina panganteur jeung akibatna Voc positif (bandingkeun Gbr.1d,h). Dina inténsitas laser kacida luhurna, résistansi diferensial YBCO saturates kana nilai pakait jeung kaayaan normal sarta duanana Voc na Isc condong rupa-rupa linier kalawan inténsitas laser (Gbr. 2b). Observasi ieu nembongkeun yen irradiation laser dina YBCO kaayaan normal moal deui ngarobah résistansi sarta fitur antarbeungeut superkonduktor-logam tapi ngan nambahan konsentrasi pasangan éléktron-liang.
Pikeun nalungtik pangaruh suhu dina sipat photovoltaic, sistem logam-superkonduktor ieu irradiated dina katoda jeung laser biru inténsitas 502 mW/cm2. Kurva IV diala dina hawa dipilih antara 50 jeung 300 K dirumuskeun dina Gbr. 3a. Tegangan sirkuit kabuka Voc, arus sirkuit pondok Isc sareng résistansi diferensial tiasa didapet tina kurva IV ieu sareng dipidangkeun dina Gbr. 3b. Tanpa katerangan cahaya, sakabéh kurva IV diukur dina suhu béda ngaliwatan asal saperti nu diharapkeun (inset of Gbr. 3a). Ciri IV robah drastis kalawan ngaronjatna suhu nalika sistem cahayana ku sinar laser rélatif kuat (502 mW / cm2). Dina hawa low kurva IV mangrupakeun garis lempeng sajajar jeung sumbu-I kalawan nilai négatip Voc. Kurva ieu ngalir ka luhur kalawan ngaronjatna suhu sarta laun robah jadi garis kalawan lamping nonzero dina suhu kritis Tcp (Gbr. 3a (luhureun)). Sigana yén sakabéh kurva karakteristik IV muterkeun sabudeureun hiji titik dina kuadran katilu. Voc naek tina nilai négatif ka nilai positif sedengkeun Isc turun tina nilai positip ka nilai négatif. Luhureun suhu transisi superconducting aslina Tc of YBCO, kurva IV robah rada béda jeung hawa (handap Gbr. 3a). Firstly, puseur rotasi tina kurva IV ngalir ka kuadran kahiji. Bréh, Voc terus turun sarta Isc ngaronjat kalayan ngaronjatna suhu (luhureun Gbr. 3b). Thirdly, lamping tina kurva IV naek linier kalawan suhu hasilna koefisien hawa positif lalawanan pikeun YBCO (handap Gbr. 3b).
Katergantungan suhu tina ciri photovoltaic pikeun sistem némpelkeun YBCO-Ag dina katerangan laser 502 mW / cm2.
Puseur titik laser ieu diposisikan sabudeureun éléktroda katoda (tingali Gbr. 1i). a, kurva IV dicandak ti 50 nepi ka 90 K (luhureun) jeung ti 100 nepi ka 300 K (handap) kalawan increment suhu 5 K jeung 20 K, mungguh. Inset a nunjukkeun ciri IV dina sababaraha suhu dina poék. Kabéh kurva meuntas titik asal. b, tegangan circuit kabuka Voc jeung sirkuit pondok ayeuna Isc (luhur) jeung résistansi diferensial, dV / dI, YBCO (handap) salaku fungsi suhu. Suhu transisi superkonduktor nol résistansi Tcp teu dibikeun sabab deukeut teuing ka Tc0.
Tilu suhu kritis tiasa dikenal tina Gbr. 3b: Tcp, di luhur mana YBCO janten non-superconducting; Tc0, dimana duanana Voc sareng Isc janten nol sareng Tc, suhu transisi superkonduktor awal asli YBCO tanpa iradiasi laser. Di handap Tcp ~ 55 K, YBCO anu diiradiasi laser aya dina kaayaan superconducting kalayan konsentrasi pasangan Cooper anu kawilang luhur. Pangaruh irradiation laser nyaéta ngurangan résistansi nol suhu transisi superconducting ti 89 K ka ~ 55 K (handap Gbr. 3b) ku cara ngurangan konsentrasi pasangan Cooper salian ti ngahasilkeun tegangan photovoltaic jeung arus. Ngaronjatkeun suhu ogé ngarecah pasangan Cooper ngarah kana poténsi handap dina panganteur nu. Akibatna, nilai mutlak Voc bakal jadi leutik, sanajan inténsitas sarua laser katerangan diterapkeun. Potensi panganteur bakal jadi leuwih leutik sarta leuwih leutik kalawan paningkatan salajengna dina suhu sarta ngahontal enol di Tc0. Teu aya pangaruh fotovoltaik dina titik khusus ieu kusabab teu aya médan internal pikeun misahkeun pasangan liang éléktron-ngainduksi poto. Ngabalikeun polaritasna poténsial lumangsung di luhur suhu kritis ieu kusabab dénsitas muatan bébas dina némpelkeun Ag langkung ageung tibatan YBCO anu laun-laun ditransfer deui ka bahan tipe-p. Di dieu urang rék ngantebkeun yén polaritasna ngabalikeun Voc na Isc lumangsung langsung saatos nol lalawanan transisi superconducting, paduli ngabalukarkeun transisi. Observasi ieu nembongkeun jelas, pikeun kahiji kalina, korelasi antara superconductivity jeung épék photovoltaic pakait sareng poténsi panganteur logam-superkonduktor. Sifat poténsi ieu sakuliah panganteur logam superkonduktor-normal geus fokus panalungtikan pikeun sababaraha dekade panungtungan tapi aya loba patarosan masih ngantosan dijawab. Pangukuran pangaruh photovoltaic tiasa ngabuktikeun janten metode anu efektif pikeun ngajalajah detil (sapertos kakuatan sareng polaritasna, jsb.) poténsi penting ieu sareng ku kituna ngajelaskeun pangaruh jarak superkonduktor suhu luhur.
Kanaékan salajengna dina suhu ti Tc0 mun Tc ngabalukarkeun konsentrasi leutik tina pasangan Cooper jeung ningkatna poténsi panganteur na konsékuansi Voc leuwih badag. Dina Tc konsentrasi pasangan Cooper jadi nol jeung poténsi ngawangun-di panganteur ngahontal maksimum, hasilna Voc maksimum sarta Isc minimum. Kanaékan gancang tina Voc na Isc (nilai mutlak) dina rentang suhu ieu pakait jeung transisi superconducting nu ngalegaan ti ΔT ~ 3 K nepi ka ~ 34 K ku irradiation laser inténsitas 502 mW / cm2 (Gbr. 3b). Dina kaayaan normal di luhur Tc, tegangan circuit kabuka Voc nurun kalawan suhu (luhureun Gbr. 3b), sarupa jeung kabiasaan linier Voc pikeun sél surya normal dumasar kana pn junctions31,32,33. Sanajan laju parobahan Voc kalawan suhu (−dVoc/dT), nu gumantung pisan kana inténsitas laser, jauh leuwih leutik batan sél surya normal, koefisien suhu Voc pikeun YBCO-Ag simpang boga urutan gedena sarua jeung éta. tina sél surya. Arus bocor tina simpang pn pikeun alat sél surya normal naek kalawan ngaronjatna suhu, ngabalukarkeun panurunan dina Voc nalika suhu naek. Kurva IV linier dititénan pikeun sistem Ag-superkonduktor ieu, alatan mimitina potensi panganteur pisan leutik sarta Bréh sambungan deui-ka-balik tina dua heterojunctions, ngajadikeun hésé pikeun nangtukeun arus leakage. Tapi, sigana pisan yén gumantungna suhu anu sami tina arus bocor tanggung jawab kana paripolah Voc anu dititénan dina percobaan urang. Numutkeun definisi, Isc nyaéta arus anu dipikabutuh pikeun ngahasilkeun tegangan négatif pikeun ngimbangan Voc supados total tegangan nol. Nalika suhu ningkat, Voc janten langkung alit sahingga kirang arus anu diperyogikeun pikeun ngahasilkeun tegangan négatip. Saterusna, lalawanan YBCO naek linier kalawan suhu luhur Tc (handap Gbr. 3b), nu ogé nyumbang ka nilai mutlak leutik Isc dina suhu luhur.
Perhatikeun yén hasil dina Gbr 2,3 dicandak ku sinar laser di wewengkon sabudeureun éléktroda katoda. Pangukuran ogé parantos diulang sareng titik laser anu diposisikan dina anoda sareng ciri IV anu sami sareng sipat fotovoltaik parantos dititénan kecuali polaritasna Voc sareng Isc parantos dibalikkeun dina hal ieu. Sadaya data ieu ngakibatkeun mékanisme pikeun éfék photovoltaic, nu raket patalina jeung panganteur superkonduktor-logam.
Kasimpulanana, ciri IV sistem témpél YBCO-Ag anu diiradiasi laser superconducting parantos diukur salaku fungsi suhu sareng inténsitas laser. Pangaruh photovoltaic anu luar biasa geus dititénan dina rentang hawa ti 50 nepi ka 300 K. Ieu kapanggih yén sipat photovoltaic correlate niatna jeung superconductivity of YBCO keramik. Ngabalikeun polaritasna Voc sareng Isc lumangsung langsung saatos superkonduktor anu ngainduksi poto ka transisi non-superkonduktor. Katergantungan suhu Voc sareng Isc anu diukur dina inténsitas laser tetep nunjukkeun ogé polaritasna ngabalikeun anu béda dina suhu kritis dimana sampel janten résistif. Ku locating titik laser kana bagian béda tina sampel, urang némbongkeun yén aya poténsi listrik sakuliah panganteur, nu nyadiakeun gaya separation pikeun pasangan éléktron-liang poto-ngainduksi. Potensi panganteur ieu ngarahkeun ti YBCO ka éléktroda logam nalika YBCO ieu superconducting sarta pindah ka arah nu lalawanan nalika sampel jadi nonsuperconducting. Asal-usul poténsial tiasa dikaitkeun sacara alami sareng pangaruh jarakna dina antarmuka logam-superkonduktor nalika YBCO superkonduktor sareng diperkirakeun janten ~ 10−8 mV dina 50 K kalayan inténsitas laser 502 mW / cm2. Kontak tina bahan p-tipe YBCO dina kaayaan normal jeung bahan n-tipe Ag-témpél ngabentuk simpang kuasi-pn nu jawab kabiasaan photovoltaic keramik YBCO dina suhu luhur. Observasi di luhur héd lampu dina pangaruh PV dina suhu luhur superconducting YBCO keramik jeung rarata jalan ka aplikasi anyar dina alat optoelectronic kayaning detektor lampu pasip gancang jeung detektor foton tunggal.
Percobaan pangaruh photovoltaic anu dipigawé dina sampel keramik YBCO tina 0.52 mm ketebalan sarta 8.64 × 2.26 mm2 bentuk rectangular sarta cahayana ku gelombang kontinyu biru-laser (λ = 450 nm) kalawan ukuran titik laser of 1.25 mm dina radius. Ngagunakeun bulk tinimbang sampel pilem ipis ngamungkinkeun urang pikeun diajar sipat photovoltaic tina superkonduktor tanpa kudu nungkulan pangaruh kompléks substrat6,7. Leuwih ti éta, bahan bulk bisa jadi kondusif pikeun prosedur persiapan basajan sarta ongkos rélatif low. Kawat timah tambaga dihijikeun dina sampel YBCO kalayan némpelkeun pérak ngabentuk opat éléktroda sirkular kira-kira 1 mm diaméterna. Jarak antara dua éléktroda tegangan kira 5 mm. Ciri IV sampel diukur ngagunakeun magnetometer sampel geter (VersaLab, Quantum Design) kalayan jandela kristal kuarsa. Metoda opat-kawat baku ieu padamelan pikeun ménta kurva IV. Posisi relatif éléktroda jeung titik laser ditémbongkeun dina Gbr. 1i.
Kumaha carana nyebatkeun artikel ieu: Yang, F. et al. Asal pangaruh photovoltaic dina superconducting YBa2Cu3O6.96 keramik. Sci. Rep 5, 11504; doi: 10.1038 / srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Simétri-dilarang tegangan laser-ngainduksi di YBa2Cu3O7. Phys. Wahyu B 41, 11564-11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Asal tina sinyal photovoltaic anomali dina Y-Ba-Cu-O. Phys. Wahyu B 43, 6270-6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Pangukuran tegangan laser-ngainduksi superconducting Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Wahyu B 46, 5773-5776 (1992).
Tate, KL, et al. Tegangan laser-ngainduksi transien dina film suhu kamar YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Anomalous respon photovoltaic dina YBa2Cu3O7. Phys. Wahyu B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Photogenerated liang pamawa suntik ka YBa2Cu3O7−x dina heterostructure oksida. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Ulikan photoemission tina film ipis YBa2Cu3Oy dina katerangan cahaya. Phys. Rev Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Pangaruh photovoltaic tina YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3: Nb heterojunction annealed dina tekanan parsial oksigén béda. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Struktur Dua-Gap dina Yb (Y) Ba2Cu3O7-x kristal tunggal. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Quasiparticle rélaxasi dinamika di superconductors kalawan struktur gap béda: Téori jeung percobaan dina YBa2Cu3O7-δ. Phys. Wahyu B 59, 1497–1506 (1999).
Panonpoé, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Ngalereskeun sipat tina YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3:Nb heterojunction. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Excitonic nyerep tur superconductivity di YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Transient photoinduced conductivity in semiconducting single crystals of YBa2Cu3O6.3: search for photoinduced metallic state and for photoinduced superconductivity. Komunitas Solid State. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Tunneling modél éfék deukeut superconducting. Phys. Wahyu 175, 537-542 (1968).
Guéron, S. et al. Pangaruh jarak superconducting usik dina skala panjang mesoscopic. Phys. Rev Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Pangaruh Deukeutna kalawan superkonduktor nocentrosymmetric. Phys. Wahyu B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Pangaruh deukeut superkonduktor kuat dina struktur hibrid Pb-Bi2Te3. Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL A silikon pn simpang photocell anyar pikeun ngarobah radiasi panonpoé kana kakuatan listrik. J. Aplikasi. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Pangaruh Impurity dina panjang kohérénsi superconducting di Zn- atanapi Ni-doped YBa2Cu3O6.9 kristal tunggal. Phys. Wahyu B 60, 114-117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance of Untwinned YBa2Cu3Oy kristal tunggal dina rupa-rupa doping: anomali liang-doping gumantungna tina panjang kohérénsi. Phys. Rev Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Systematics dina kakuatan thermoelectric tina tinggi-T, oksida. Phys. Wahyu B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Pergeseran moméntum anu gumantung kana dénsitas pamawa tina puncak koheren sareng mode fonon LO dina superkonduktor Tc tipe-p. Phys. Wahyu B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Pangurangan liang sareng akumulasi éléktron dina film ipis YBa2Cu3Oy ngagunakeun téknik éléktrokimia: Bukti pikeun kaayaan logam tipe-n. Phys. Wahyu B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Fisika jeung kimia tina jangkungna panghalang Schottky. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Balukar tina Dynamic External Pair Breaking in Superconducting Films. Phys. Rev Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Photoinduced ningkatna superconductivity. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Photoconductivity persisten dina film YBa2Cu3O6+x salaku métode photodoping nuju fase logam jeung superconducting. Phys. Wahyu B 14, 9017-9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Dinamika kisi nonlinier salaku dadasar pikeun superconductivity ditingkatkeun dina YBa2Cu3O6.5. Alam 516, 71-74 (2014).
Fausti, D. et al. Superkonduktivitas cahaya-ngainduksi dina cuprate belang-maréntahkeun. Élmu 331, 189-191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA The gumantungna fungsi suhu VOC pikeun sél surya dina hubungan efisiensi pendekatan anyar na. Desalinasi 209, 91-96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA épék Suhu dina sél surya silikon Schottky-panghalang. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Suhu gumantungna pikeun parameter alat photovoltaic sél surya polimér-fullerene dina kaayaan operasi. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Karya ieu dirojong ku National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60571063), Projects Research Fundamental of Henan Province, China (Grant No. 122300410231).
FY nyerat téks kertas sareng MYH nyiapkeun sampel keramik YBCO. FY sareng MYH ngalaksanakeun percobaan sareng nganalisis hasilna. FGC mingpin proyék sareng interpretasi ilmiah data. Kabéh pangarang marios naskah.
Karya ieu dilisensikeun ku Creative Commons Attribution 4.0 Lisensi Internasional. Gambar atawa bahan pihak katilu sejenna dina artikel ieu kaasup kana lisénsi Creative Commons artikel urang, iwal disebutkeun béda dina garis kiridit; lamun bahan teu kaasup dina lisénsi Creative Commons, pamaké kudu ménta idin ti nu boga lisénsi pikeun baranahan bahan. Pikeun nempo salinan lisénsi ieu, buka http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Asal pangaruh photovoltaic di superconducting YBa2Cu3O6.96 keramik. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Ku ngirimkeun koméntar anjeun satuju pikeun matuh kana Sarat sareng Pedoman Komunitas kami. Upami anjeun mendakan hal anu kasar atanapi anu henteu saluyu sareng sarat atanapi pedoman kami, punten bandéra éta henteu pantes.
waktos pos: Apr-22-2020