Ташаккур ба шумо барои боздид аз nature.com. Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред. Барои ба даст овардани таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки браузери навтарро истифода баред (ё ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед). Дар ҳамин ҳол, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript намоиш медиҳем.
Мо дар бораи таъсири назарраси фотоэлектрикӣ дар сафолии YBa2Cu3O6.96 (YBCO) дар байни 50 ва 300 К, ки тавассути равшании кабуд-лазер ба вуҷуд омадааст, гузориш медиҳем, ки мустақиман ба суперногузарии YBCO ва интерфейси электроди металлии YBCO алоқаманд аст. Вақте ки YBCO аз гузариши суперноқилӣ ба ҳолати муқовиматкунанда мегузарад, баръакси қутбӣ барои шиддати ноқилҳои кушодаи Voc ва ҷараёни ноқилҳои кӯтоҳ Isc вуҷуд дорад. Мо нишон медиҳем, ки потенсиали электрикӣ дар интерфейси металлии муқаррарии суперноқил мавҷуд аст, ки қувваи ҷудокуниро барои ҷуфтҳои сӯрохи электронии аз фото-индуксия таъмин мекунад. Ин потенсиали интерфейс аз YBCO ба электроди металлӣ вақте равона мешавад, ки YBCO суперноқил аст ва вақте ки YBCO ғайримуқаррарӣ мешавад, ба самти муқобил мегузарад. Пайдоиши потенсиал метавонад ба осонӣ бо эффекти наздикӣ дар интерфейси металлҳои суперноқилӣ алоқаманд бошад, вақте ки YBCO суперноқил аст ва арзиши он ~ 10-8 мВ дар 50 К бо шиддатнокии лазерии 502 мВт/см2 ҳисоб карда мешавад. Омезиши маводи навъи p YBCO дар ҳолати муқаррарӣ бо маводи навъи n Ag-paste як пайванди квази-пнро ташкил медиҳад, ки барои рафтори фотоэлектрикии сафолии YBCO дар ҳарорати баланд масъул аст. Бозёфтҳои мо метавонанд ба барномаҳои нави дастгоҳҳои фотон-электронӣ роҳ кушоянд ва ба эффекти наздикӣ дар интерфейси суперноқил-металлӣ равшанӣ бахшанд.
Шиддати фотоиндуксионалӣ дар суперноқилҳои ҳарорати баланд дар ибтидои солҳои 1990 гузориш дода шуда буд ва аз он вақт инҷониб ба таври васеъ таҳқиқ карда шуд, аммо табиат ва механизми он ноустувор боқӣ мемонад1,2,3,4,5. Плёнкаҳои тунуки YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, аз ҷумла, дар шакли ҳуҷайраи фотоэлектрикӣ (PV) бо сабаби тафовути энергияи танзимшавандаи он босуръат омӯхта мешаванд9,10,11,12,13. Аммо, муқовимати баланди субстрат ҳамеша ба самаранокии пасти табдилдиҳии дастгоҳ оварда мерасонад ва хосиятҳои асосии PV-и YBCO8-ро ниқоб мекунад. Дар ин ҷо мо гузориш медиҳем, ки таъсири назарраси фотоэлектрикӣ, ки тавассути равшании кабуд-лазер (λ = 450 нм) дар сафолии YBa2Cu3O6.96 (YBCO) аз 50 то 300 К (Tc ~ 90 K) ба вуҷуд омадааст. Мо нишон медиҳем, ки эффекти PV мустақиман ба superconductivity YBCO ва табиати интерфейси электроди металлии YBCO алоқаманд аст. Вақте ки YBCO аз марҳилаи ноқилӣ ба ҳолати муқовиматӣ мегузарад, тағирёбии қутбӣ барои шиддати ноқилҳои кушодаи Voc ва ҷараёни ноқилҳои кӯтоҳ Isc вуҷуд дорад. Пешниҳод карда мешавад, ки потенсиали электрикӣ дар интерфейси металлии муқаррарии суперноқил мавҷуд аст, ки қувваи ҷудокуниро барои ҷуфтҳои сӯрохии электронии аз фото-индуксионӣ таъмин мекунад. Ин потенсиали интерфейс аз YBCO ба электроди металлӣ, вақте ки YBCO суперноқил аст, равона мешавад ва вақте ки намуна ғайримуқаррарӣ мешавад, ба самти муқобил мегузарад. Пайдоиши потенсиал метавонад табиатан бо эффекти наздикӣ алоқаманд бошад14,15,16,17 дар интерфейси металлӣ ва суперноқил, вақте ки YBCO суперноқил аст ва арзиши он ~10−8 мВ дар 50 К бо шиддатнокии лазерӣ 502 мВт ҳисоб карда мешавад. /см2. Омезиши маводи навъи p-и YBCO дар ҳолати муқаррарӣ бо маводи навъи n-паста Ag-хамир, эҳтимолан як пайванди квази-pn-ро ташкил медиҳад, ки барои рафтори PV-и сафолии YBCO дар ҳарорати баланд масъул аст. Мушоҳидаҳои мо ба пайдоиши эффекти PV дар сафолҳои баландҳарорати баландгузари YBCO равшанӣ меандозанд ва барои татбиқи он дар дастгоҳҳои оптоэлектронӣ, аз қабили детектори нури зуд пассивӣ ва ғайра роҳ мекушоянд.
Тасвири 1a–c нишон медиҳад, ки хусусиятҳои IV намунаи сафолии YBCO дар 50 К. Бе равшании рӯшноӣ, шиддат дар намуна бо тағирёбандаи ҷараён дар сифр боқӣ мемонад, зеро аз маводи суперноқил интизор шудан мумкин аст. Таъсири равшани фотоэлектрикӣ ҳангоми ба катод нигаронида шудани шуои лазер пайдо мешавад (расми 1а): каҷҳои IV ба меҳвари I параллел бо афзоиши шиддатнокии лазер ба поён ҳаракат мекунанд. Маълум аст, ки шиддати манфии фотоиндуксия ҳатто бидуни ҷараён вуҷуд дорад (аксар вақт шиддати занҷири кушодаи Voc номида мешавад). Нишебии сифрии каљи IV нишон медињад, ки намуна дар зери равшании лазер њанўз ноќил аст.
(a–c) ва 300 К (e–g). Қиматҳои V(I) тавассути тоза кардани ҷараён аз -10 мА то +10 мА дар вакуум ба даст оварда шуданд. Танҳо як қисми маълумоти таҷрибавӣ барои равшанӣ оварда шудааст. a, Хусусиятҳои шиддати ҷории YBCO бо нуқтаи лазерӣ дар катод (i) чен карда мешавад. Ҳама каҷҳои IV хатҳои рости уфуқӣ мебошанд, ки нишон медиҳанд, ки намуна бо шуоъдиҳии лазерӣ хеле ноқил аст. Хатти каҷ бо афзоиши шиддатнокии лазер ба поён ҳаракат мекунад, ки ин нишон медиҳад, ки байни ду сими шиддат ҳатто бо ҷараёни сифр потенсиали манфӣ (Voc) вуҷуд дорад. Вақте ки лазер ба маркази намуна дар эфири 50 К (б) ё 300 К (f) равона карда мешавад, хатҳои IV бетағйир мемонанд. Ҳангоми равшан кардани анод хати уфуқӣ ба боло ҳаракат мекунад (в). Модели схематикии васлшавии металлу супернодик дар 50 К дар г нишон дода шудааст. Хусусиятҳои шиддати ҷорӣи ҳолати муқаррарии YBCO дар 300 К, ки бо шуои лазерӣ ба катод ва анод нигаронида шудааст, мутаносибан дар e ва g оварда шудаанд. Дар муқоиса бо натиҷаҳо дар 50 К, нишебии ғайрисифрии хатҳои рост нишон медиҳад, ки YBCO дар ҳолати муқаррарӣ аст; арзишҳои Voc бо шиддатнокии рӯшноӣ дар самти муқобил фарқ мекунанд, ки механизми ҷудошавии зарядро нишон медиҳад. Сохтори имконпазири интерфейс дар 300 К дар hj тасвир шудааст. Тасвири воқеии намуна бо роҳнамо.
YBCO аз оксиген бой дар ҳолати суперноқилӣ метавонад спектри пурраи нури офтобро аз ҳисоби холигии хеле хурди энергетикии худ (Масалан) 9,10 азхуд кунад ва ба ин васила ҷуфтҳои сӯрохиҳои электрониро (e-h) эҷод кунад. Барои тавлиди шиддати занҷири кушодаи Voc тавассути азхудкунии фотонҳо, пеш аз пайдо шудани рекомбинатсия ҷуфтҳои eh-и фото тавлидшударо ба фазои фазоӣ ҷудо кардан лозим аст18. Манфии Voc, ки дар расми 1i нишон дода шудааст, нисбат ба катод ва анод, аз он шаҳодат медиҳад, ки потенсиали электрикӣ дар интерфейси металлҳои суперноқил мавҷуд аст, ки электронҳоро ба анод ва сӯрохиро ба катод мерӯяд. Агар ин тавр бошад, инчунин бояд як потенсиал аз суперноқил ба электроди металлӣ дар анод бошад. Дар натиҷа, агар майдони намуна дар наздикии анод равшан карда шавад, Voc мусбат ба даст меояд. Ғайр аз он, вақте ки нуқтаи лазер ба минтақаҳои дур аз электродҳо ишора мекунад, набояд шиддати фотоэффектӣ вуҷуд дошта бошад. Ин албатта чунин аст, ки аз расми 1б,в дида мешавад!.
Вақте ки нуқтаи рӯшноӣ аз электроди катод ба маркази намуна (тақрибан 1,25 мм ҷудо аз интерфейсҳо) ҳаракат мекунад, ҳеҷ гуна тағирёбии каҷҳои IV ва ҳеҷ гуна Vocро ҳангоми афзоиши шиддатнокии лазер то арзиши максималии мавҷуда мушоҳида кардан мумкин нест (расми 1б). . Табиист, ки ин натиҷаро метавон ба мӯҳлати маҳдуди интиқолдиҳандагони аксбардорӣ ва набудани қувваи ҷудокунӣ дар намуна рабт дод. Ҷуфтҳои сӯрохиҳои электрониро ҳар вақте, ки намуна равшан мекунад, эҷод кардан мумкин аст, аммо аксари ҷуфтҳои e-h нобуд мешаванд ва агар нуқтаи лазер ба минтақаҳои дур аз ягон электрод афтад, ҳеҷ гуна эффекти фотоэлектрикӣ мушоҳида намешавад. Нуқтаи лазерро ба электродҳои анодӣ интиқол дода, каҷҳои IV ба меҳвари I параллел бо афзоиши шиддатнокии лазер ба боло ҳаракат мекунанд (расми 1в). Ҳамин гуна майдони электрикии дарунсохт дар пайванди металлӣ ва суперноқил дар анод мавҷуд аст. Аммо, электроди металлӣ ин дафъа ба сими мусбати системаи санҷишӣ пайваст мешавад. Сӯрохиҳое, ки лазер ба вуҷуд меоранд, ба сими анод тела дода мешаванд ва ҳамин тавр Voc мусбат мушоҳида мешавад. Натиҷаҳои дар ин ҷо овардашуда далелҳои қавӣ медиҳанд, ки воқеан вуҷуд дорад потенсиали интерфейс, ки аз суперноқил ба электроди металлӣ ишора мекунад.
Таъсири фотоэлектрикӣ дар сафолҳои YBa2Cu3O6.96 дар 300 К дар расми 1e–g нишон дода шудааст. Бе равшании рӯшноӣ, каҷи IV намуна хати ростест, ки аз ибтидоро убур мекунад. Ин хати рост ба боло параллел бо хатти аслӣ бо афзоиши шиддатнокии лазерӣ дар рахҳои катодӣ ҳаракат мекунад (расми 1е). Барои дастгоҳи фотоэлектрикӣ ду ҳолати маҳдуди таваҷҷӯҳ вуҷуд дорад. Ҳолати ноқилҳои кӯтоҳ ҳангоми V = 0 ба амал меояд. Ҷараёнро дар ин ҳолат ҷараёни ноқилҳои кӯтоҳ (Isc) меноманд. Ҳолати дуюми маҳдудкунанда ҳолати ноқилҳои кушода (Voc) мебошад, ки ҳангоми R→∞ ё сифр будани ҷараён ба амал меояд. Дар расми 1е равшан нишон дода шудааст, ки Voc мусбат аст ва дар муқоиса бо натиҷаи дар 50 К ҳосилшуда бо афзоиши шиддатнокии рӯшноӣ меафзояд; дар ҳоле ки Ic-и манфӣ бо равшании рӯшноӣ афзоиш меёбад, ки рафтори маъмулии ҳуҷайраҳои офтобии муқаррарӣ мушоҳида мешавад.
Ба хамин тарик, хангоми ба чойхои аз электродхо дур дур будани нури лазер нишон дода мешавад, хатти каљи V(I) аз шиддатнокии лазер мустаќил буда, таъсири фотоэлектрикї ба вуљуд намеояд (расми 1ф). Монанди андозагирї дар 50 К, хатњои IV њангоми шуоъи электроди анодї ба самти муќобил њаракат мекунанд (расми 1г). Ҳамаи ин натиҷаҳое, ки барои ин системаи хамираи YBCO-Ag дар 300 К бо лазерӣ дар мавқеъҳои гуногуни намуна ба даст оварда шудаанд, бо потенсиали интерфейси муқобил бо потенсиали интерфейси дар 50 К мушоҳидашуда мувофиқанд.
Аксарияти электронҳо дар ҷуфтҳои Купер дар суперноқили YBCO аз ҳарорати гузариши он Tc конденсат мешаванд. Ҳангоми дар электроди металлӣ ҳамаи электронҳо дар шакли ягона мемонанд. Дар наздикии интерфейси металлӣ ва суперноқил барои ҳам электронҳои сингулярӣ ва ҳам ҷуфтҳои Купер градиенти зичии калон вуҷуд дорад. Аксарияти интиқолдиҳандаи электронҳои сингулярӣ дар маводи металлӣ ба минтақаи суперноқил паҳн мешаванд, дар ҳоле ки ҷуфтҳои аксар интиқолдиҳандаи Купер дар минтақаи YBCO ба минтақаи металлӣ паҳн мешаванд. Вақте ки ҷуфтҳои Купер зарядҳои бештар доранд ва ҳаракати бештар аз электронҳои сингулярӣ аз YBCO ба минтақаи металлӣ паҳн мешаванд, атомҳои зарядноки мусбат дар паси худ боқӣ мемонанд ва дар натиҷа дар минтақаи заряди кайҳонӣ майдони барқ ба вуҷуд меояд. Самти ин майдони электрики дар диаграммаи схематикии расми 1г нишон дода шудааст. Равшании ҳодисаи фотон дар наздикии минтақаи заряди кайҳонӣ метавонад ҷуфтҳои эҳро ба вуҷуд орад, ки аз ҳам ҷудо ва тоза карда мешаванд, ки дар самти баръакси фотонҳо тавлид мешаванд. Ҳамин ки электронҳо аз майдони электрикии дарунсохт берун мешаванд, онҳо ба ҷуфтҳо конденсация мешаванд ва бе муқовимат ба электроди дигар равон мешаванд. Дар ин ҳолат, Voc ба қутбияти қаблан муқарраршуда муқобил аст ва вақте ки нури лазер ба майдони атрофи электроди манфӣ ишора мекунад, арзиши манфиро нишон медиҳад. Аз рӯи арзиши Voc, потенсиалро дар болои интерфейс метавон ҳисоб кард: масофаи байни ду сими шиддат d ~5 × 10−3 м, ғафсии интерфейси металлӣ ва суперноқил, di, бояд ҳамон як тартиби бузург бошад. ҳамчун дарозии когерентии суперноқили YBCO (~1 нм) 19,20, арзиши Voc = 0,03 мВ-ро бигиред, Vms потенсиалӣ дар интерфейси металлӣ бо суперноқил дар 50 К бо шиддатнокии лазерӣ ~ 10−11 В арзёбӣ мешавад. аз 502 мВт/см2, бо истифода аз муодила,
Мо дар ин чо таъкид кардан мехохем, ки шиддати фотоэффектро бо фотоэффектхои термикй шарх додан мумкин нест. Ба таври таҷрибавӣ муайян карда шудааст, ки коэффисиенти Зеебеки суперноқили YBCO Ss = 021 аст. Коэффисиенти Зеебек барои симҳои сурбдори мис дар ҳудуди SCu = 0,34–1,15 мкВ/К3 аст. Ҳарорати сими мисро дар нуқтаи лазерӣ метавон ба миқдори ками 0,06 К бо шиддатнокии максималии лазерӣ дар 50 К боло бурд. Voc, ки дар расми 1 (а) гирифта шудааст. Маълум аст, ки эффекти термоэлектрикӣ барои шарҳ додани натиҷаҳои таҷриба хеле хурд аст. Дарвоқеъ, тағирёбии ҳарорат аз радиатсияи лазерӣ дар муддати камтар аз як дақиқа аз байн меравад, то саҳми эффекти гармиро ба таври бехатар нодида гирифт.
Ин эффекти фотоэлектрикии YBCO дар ҳарорати хонагӣ нишон медиҳад, ки дар ин ҷо механизми ҷудокунии зарядҳои гуногун ҷалб шудааст. YBCO суперногузар дар ҳолати муқаррарӣ як маводи навъи р мебошад, ки сӯрохиҳо ҳамчун интиқолдиҳандаи барқ 22,23 мебошад, дар ҳоле ки Ag-хамираи металлӣ дорои хусусиятҳои маводи навъи n мебошад. Ба монанди пайвандҳои pn, паҳншавии электронҳо дар хамираи нуқра ва сӯрохиҳо дар сафолии YBCO майдони электрикии дохилиро ташкил медиҳанд, ки ба сафолии YBCO дар интерфейс ишора мекунад (расми 1h). Маҳз ҳамин майдони дохилӣ қувваи ҷудокуниро таъмин мекунад ва боиси Voc мусбат ва манфии Isc барои системаи хамираи YBCO-Ag дар ҳарорати хонагӣ, тавре ки дар расми 1е нишон дода шудааст, оварда мерасонад. Ба таври алтернативӣ, Ag-YBCO метавонад як пайванди п-намуди Шотткиро ташкил диҳад, ки он инчунин ба потенсиали интерфейс бо қутбияти ҳамон тавре, ки дар модели дар боло овардашуда оварда шудааст, оварда мерасонад24.
Барои таҳқиқи раванди муфассали эволютсияи хосиятҳои фотоэлектрикӣ ҳангоми гузариши суперноқили YBCO, каҷҳои IV намуна дар 80 К бо шиддатнокии интихобшудаи лазерӣ, ки дар электроди катод равшанӣ меандозанд, чен карда шуданд (расми 2). Бе шуоъдиҳии лазерӣ, шиддат дар намуна новобаста аз қувваи ҷараён дар сифр нигоҳ дошта мешавад, ки ҳолати суперногузаронии намунаро дар 80 К нишон медиҳад (расми 2а). Монанди маълумоте, ки дар 50 К ба даст оварда шудааст, каҷҳои IV параллел ба меҳвари I бо афзоиши шиддатнокии лазер то расидан ба арзиши муҳими Pc ба поён ҳаракат мекунанд. Болотар аз ин шиддатнокии муҳими лазерӣ (Pc) суперноқил аз марҳилаи суперноқилӣ ба марҳилаи муқовиматкунанда мегузарад; шиддат аз сабаби пайдо шудани муқовимат дар суперноқил бо ҷараён афзоиш меёбад. Дар натиља, хати каљи IV бо мењвари I ва V мењвар бурида мешавад, ки дар аввал ба Vо-и манфї ва ISC-и мусбї оварда мерасонад. Ҳоло намуна ба назар чунин менамояд, ки дар ҳолати махсусе қарор дорад, ки дар он қутбияти Voc ва Isc ба шиддатнокии рӯшноӣ ниҳоят ҳассос аст; бо афзоиши хеле ками шиддатнокии рӯшноӣ Isc аз мусбат ба манфӣ ва Voc аз қимати манфӣ ба мусбат табдил ёфта, пайдоишро гузаронанд (ҳассосияти баланди хосиятҳои фотоэлектрикӣ, бахусус арзиши ISC ба равшании рӯшноӣ равшантар дар расми 12) дида мешавад. 2б). Дар баландтарин шиддатнокии лазерӣ, каҷҳои IV ният доранд бо ҳамдигар параллел бошанд, ки ҳолати муқаррарии намунаи YBCO-ро нишон медиҳанд.
Маркази нуқтаи лазерӣ дар атрофи электродҳои катод ҷойгир шудааст (ниг. Расми 1i). a, IV каҷҳои YBCO, ки бо шиддатнокии гуногуни лазерӣ шуоъ карда мешаванд. б (боло), Вобастагии шиддатнокии лазер аз шиддати занҷири кушод Voc ва ҷараёни ноқилҳои кӯтоҳ Isc. Қиматҳои Isc-ро дар шиддати пасти рӯшноӣ (<110 мВт/см2) ба даст овардан мумкин нест, зеро хатҳои IV ба меҳвари I параллел мебошанд, вақте ки намуна дар ҳолати ноқилӣ қарор дорад. б (поён), муқовимати дифференсиалӣ ҳамчун функсияи шиддатнокии лазер.
Вобастагии шиддатнокии лазерии Voc ва Isc дар 80 К дар расми 2б (боло) нишон дода шудааст. Хусусиятҳои фотоэлектрикро дар се минтақаи шиддатнокии рӯшноӣ баррасӣ кардан мумкин аст. Минтақаи аввал дар байни 0 ва PC ҷойгир аст, ки дар он YBCO суперноқил аст, Voc манфӣ аст ва бо шиддатнокии рӯшноӣ коҳиш меёбад (қимати мутлақ меафзояд) ва дар компютер ба ҳадди ақал мерасад. Минтақаи дуюм аз компютер ба шиддати дигари муҳими P0 аст, ки дар он Voc зиёд мешавад, дар ҳоле ки Isc бо афзоиши шиддатнокии рӯшноӣ коҳиш меёбад ва ҳарду дар P0 ба сифр мерасад. Минтақаи сеюм то ба ҳолати муқаррарии YBCO расидан P0 болотар аст. Гарчанде ки ҳарду Voc ва Isc бо шиддатнокии рӯшноӣ ба ҳамон тавре ки дар минтақаи 2 фарқ мекунанд, онҳо дар болои шиддатнокии интиқодӣ P0 қутби муқобил доранд. Аҳамияти P0 дар он аст, ки ҳеҷ гуна эффекти фотоэлектрикӣ вуҷуд надорад ва механизми ҷудокунии зарядҳо дар ин нуқтаи мушаххас сифатан тағир меёбад. Намунаи YBCO дар ин диапазони шиддатнокии рӯшноӣ ғайримуқаррарӣ мешавад, аммо ба ҳолати муқаррарӣ ҳанӯз расида нашудааст.
Равшан аст, ки хусусиятҳои фотоэлектрикии система бо суперногузарии YBCO ва гузариши суперноқили он зич алоқаманданд. Муқовимати дифференсиалӣ, dV/dI, YBCO дар расми 2b (поён) ҳамчун функсияи шиддатнокии лазер нишон дода шудааст. Тавре ки қаблан зикр гардид, потенсиали электрикии дар интерфейси сохташуда аз ҳисоби паҳншавии ҷуфти Купер аз суперноқил ба металл нуқтаҳои. Монанди он чизе, ки дар 50 К мушоҳида мешавад, эффекти фотоэлектрикӣ бо афзоиши шиддатнокии лазер аз 0 то PC афзоиш меёбад. Вақте ки шиддатнокии лазер ба арзиши каме болотар аз Pc мерасад, хати каҷи IV ба хамшавӣ оғоз мекунад ва муқовимати намуна пайдо мешавад, аммо полярии потенсиали интерфейс ҳанӯз тағир наёфтааст. Таъсири ҳаяҷонбахши оптикӣ ба суперноқилӣ дар минтақаи намоён ё наздики IR таҳқиқ карда шудааст. Дар ҳоле, ки раванди асосӣ шикастани ҷуфтҳои Купер ва нест кардани суперноқилият аст25,26, дар баъзе мавридҳо гузариши суперноқилиятро тақвият додан мумкин аст27,28,29, марҳилаҳои нави суперноқилиятро ҳатто ба вуҷуд овардан мумкин аст30. Набудани суперноқилиятро дар компютер метавон ба шикастани ҷуфти фотоиндуксионӣ рабт дод. Дар нуқтаи P0, потенсиал дар саросари интерфейс ба сифр табдил меёбад, ки зичии заряд дар ҳар ду тарафи интерфейс дар зери ин шиддатнокии равшани рӯшноӣ ба як сатҳ мерасад. Афзоиши минбаъдаи шиддатнокии лазер боиси нобуд шудани ҷуфтҳои бештари Купер мегардад ва YBCO тадриҷан ба маводи навъи p табдил меёбад. Ба ҷои диффузияи ҷуфтҳои электрон ва Купер, хусусияти интерфейс ҳоло бо паҳншавии электронҳо ва сӯрохҳо муайян карда мешавад, ки ба баръакси қутбшавии майдони электрикӣ дар интерфейс оварда мерасонад ва дар натиҷа Voc мусбат (расми 1d, h муқоиса кунед). Дар шиддатнокии хеле баланди лазер, муқовимати дифференсиалии YBCO ба арзиши мувофиқ ба ҳолати муқаррарӣ тофта мешавад ва ҳам Voc ва ҳам Isc бо шиддатнокии лазер ба таври хаттӣ фарқ мекунанд (расми 2б). Ин мушоҳида нишон медиҳад, ки шуоъдиҳии лазерӣ дар ҳолати муқаррарии YBCO дигар муқовимати он ва хусусияти интерфейси суперноқил ва металлро тағир намедиҳад, балки танҳо консентратсияи ҷуфтҳои сӯрохиҳои электрониро зиёд мекунад.
Барои санчидани таъсири харорат ба хосиятхои фотоэлектрикй дар катод бо лазери кабуди интенсивашон 502 мВт/см2 системаи металли суперноил шуоъ карда шуд. Каҷҳои IV, ки дар ҳарорати интихобшуда аз 50 то 300 К гирифта шудаанд, дар расми 3а оварда шудаанд. Шиддати занҷири кушодаи Voc, ноқилҳои кӯтоҳи ҷараёни Isc ва муқовимати дифференсиалиро пас аз ин хатҳои IV гирифтан мумкин аст ва онҳо дар расми 3б нишон дода шудаанд. Бе равшании рӯшноӣ, ҳамаи каҷҳои IV, ки дар ҳароратҳои гуногун чен карда шудаанд, мувофиқи интизорӣ аз пайдоиш мегузарад (вориди расми 3а). Хусусиятҳои IV бо баланд шудани ҳарорат, вақте ки система бо нури лазерии нисбатан қавӣ (502 мВт/см2) равшан карда мешавад, ба таври ҷиддӣ тағйир меёбад. Дар ҳарорати паст хатҳои IV хатҳои рости параллел ба меҳвари I бо арзишҳои манфии Voc мебошанд. Ин каҷ бо афзоиши ҳарорат ба боло ҳаракат мекунад ва тадриҷан ба хати нишебии ғайрисифр дар ҳарорати критикии Tcp табдил меёбад (расми 3а (боло)). Чунин ба назар мерасад, ки ҳамаи каҷҳои хоси IV дар атрофи як нуқтаи чоряки сеюм гардиш мекунанд. Voc аз арзиши манфӣ ба мусбат меафзояд, дар ҳоле ки Isc аз арзиши мусбат ба манфӣ коҳиш меёбад. Болотар аз ҳарорати аслии гузариши суперноқили Tc-и YBCO, каҷи IV бо ҳарорат ба таври дигар тағйир меёбад (поёни расми 3а). Аввалан, маркази гардиши каҷҳои IV ба чоряки якум ҳаракат мекунад. Сониян, Voc камшавиро давом дода, Ic бо баланд шудани ҳарорат зиёд мешавад (боло дар расми 3б). Сеюм, нишебии каҷҳои IV бо ҳарорат ба таври хаттӣ зиёд мешавад, ки дар натиҷа коэффисиенти ҳарорати мусбати муқовимат барои YBCO (поёни расми 3б) ба вуҷуд меояд.
Вобастагии ҳарорат хусусиятҳои фотоэлектрикӣ барои системаи хамираи YBCO-Ag зери равшании лазерии 502 мВт/см2.
Маркази нуқтаи лазерӣ дар атрофи электродҳои катод ҷойгир шудааст (ниг. Расми 1i). a, IV каҷҳои аз 50 то 90 К (боло) ва аз 100 то 300 К (поён) бо афзоиши ҳарорат мутаносибан 5 К ва 20 К ба даст оварда шудаанд. Ҷойгиркунии a хусусиятҳои IV-ро дар якчанд ҳарорати дар торикӣ нишон медиҳад. Ҳама хатҳо аз нуқтаи ибтидоӣ убур мекунанд. б, шиддати занҷири кушод Voc ва ноқилҳои кӯтоҳ Isc (боло) ва муқовимати дифференсиалӣ, dV/dI, аз YBCO (поён) ҳамчун функсияи ҳарорат. Ҳарорати гузариши муқовимати сифрӣ Tcp дода намешавад, зеро он ба Tc0 хеле наздик аст.
Се ҳарорати критикиро аз расми 3б эътироф кардан мумкин аст: Tcp, ки аз болои он YBCO ғайриноқил мегардад; Tc0, ки дар он ҳам Voc ва ҳам Isc ба сифр табдил меёбанд ва Tc, ҳарорати ибтидоии гузариши суперноқили YBCO бидуни нури лазерӣ. Дар зери Tcp ~ 55 К, YBCO-и лазерии радиатсионӣ дар ҳолати суперноқилӣ бо консентратсияи нисбатан баланди ҷуфтҳои Купер қарор дорад. Таъсири радиатсияи лазерӣ паст кардани муқовимати сифрии ҳарорати гузариш аз 89 К то ~ 55 К (поёни расми 3б) тавассути кам кардани консентратсияи ҷуфти Купер ба ғайр аз тавлиди шиддат ва ҷараёни фотоэлектрикӣ мебошад. Баландшавии ҳарорат инчунин ҷуфтҳои Куперро вайрон мекунад, ки ба потенсиали паст дар интерфейс оварда мерасонад. Дар натиҷа, арзиши мутлақи Voc хурдтар мешавад, гарчанде ки ҳамон шиддати равшании лазерӣ истифода мешавад. Потенсиали интерфейс бо афзоиши минбаъдаи ҳарорат хурдтар ва хурдтар мешавад ва дар Tc0 ба сифр мерасад. Дар ин нуқтаи махсус ҳеҷ гуна эффекти фотоэлектрикӣ вуҷуд надорад, зеро майдони дохилӣ барои ҷудо кардани ҷуфтҳои сӯрохии электронии аз фото-индуксияшуда мавҷуд нест. Тағйирёбии қутбӣ аз потенсиал болотар аз ин ҳарорати муҳим ба амал меояд, зеро зичии заряди озод дар хамираи Ag нисбат ба YBCO, ки тадриҷан ба маводи навъи p интиқол дода мешавад, зиёдтар аст. Дар ин ҷо мо мехоҳем таъкид кунем, ки баргардонидани қутбҳои Voc ва Isc, новобаста аз сабаби гузариш фавран пас аз гузариши муқовимати сифрии суперноқилӣ рух медиҳад. Ин мушодида бори аввал таносуби байни суперноқилият ва эффектҳои фотоэлектрикиро, ки бо потенсиали интерфейси металлӣ ва суперноқил алоқаманд аст, равшан нишон медиҳад. Табиати ин потенсиал дар интерфейси металлии суперноқилӣ-муқаррарӣ дар тӯли даҳсолаҳои охир дар маркази тадқиқот қарор дошт, аммо саволҳои зиёде мавҷуданд, ки то ҳол ҷавобашонро интизоранд. Андозагирии эффекти фотоэлектрикӣ метавонад як усули муассир барои таҳқиқи ҷузъиёт (ба монанди қувват ва қутбияти он ва ғ.)-и ин потенсиали муҳим бошад ва аз ин рӯ ба эффекти наздикии суперноқили ҳарорати баланд равшанӣ диҳад.
Баландшавии минбаъдаи ҳарорат аз Tc0 ба Tc ба консентратсияи камтари ҷуфтҳои Купер ва афзоиши потенсиали интерфейс ва дар натиҷа Voc калонтар мешавад. Дар Tc консентратсияи ҷуфти Купер ба сифр табдил меёбад ва потенсиали дарунсохт дар интерфейс ба ҳадди аксар мерасад, ки дар натиҷа ҳадди аксар Voc ва ҳадди ақали Isc мешавад. Афзоиши босуръати Voc ва Isc (қимати мутлақ) дар ин диапазони ҳарорат ба гузариши суперноқилӣ мувофиқат мекунад, ки аз ΔT ~ 3 К то ~ 34 К тавассути шуои лазерии шиддаташ 502 мВт/см2 васеъ мешавад (расми 3б). Дар њолатњои мўътадили аз Tc боло шиддати занљири кушодаи Voc бо њарорат паст мешавад (болои расми 3б), ба рафтори хаттии Voc барои ҳуҷайраҳои офтобии муқаррарӣ дар асоси пайвандҳои pn31,32,33. Гарчанде ки суръати тағирёбии Voc бо ҳарорат (−dVoc/dT), ки аз шиддатнокии лазер вобастагӣ дорад, нисбат ба ҳуҷайраҳои офтобии муқаррарӣ хеле хурдтар аст, коэффисиенти ҳарорати Voc барои пайванди YBCO-Ag ҳамон дараҷаи бузургӣ дорад. аз ҳуҷайраҳои офтобӣ. Ҷараёни ихроҷи гузаргоҳи pn барои дастгоҳи муқаррарии ҳуҷайраи офтобӣ бо афзоиши ҳарорат меафзояд ва боиси коҳиши Voc бо афзоиши ҳарорат мегардад. Каҷҳои хаттии IV, ки барои ин системаи суперноқили Ag мушоҳида мешаванд, дар навбати аввал аз сабаби потенсиали хеле хурди интерфейс ва сониян пайвасти паҳлӯ ба паҳлӯи ду гетерогренсия муайян кардани ҷараёни ихроҷро душвор мегардонад. Бо вуҷуди ин, аз эҳтимол дур нест, ки ҳамон вобастагии ҳарорат аз ҷараёни ихроҷ барои рафтори Voc, ки дар таҷрибаи мо мушоҳида шудааст, масъул аст. Тибқи таъриф, Isc ҷараёнест, ки барои тавлиди шиддати манфӣ барои ҷуброни Voc лозим аст, то шиддати умумӣ сифр шавад. Бо баланд шудани ҳарорат, Voc хурдтар мешавад, то барои тавлиди шиддати манфӣ ҷараёни камтар лозим шавад. Ғайр аз он, муқовимати YBCO бо ҳарорати болотар аз Tc (поёни расми 3б) ба таври хаттӣ зиёд мешавад, ки ин ҳам ба арзиши мутлақи камтари Isc дар ҳарорати баланд мусоидат мекунад.
Аҳамият диҳед, ки натиҷаҳое, ки дар расмҳои 2,3 оварда шудаанд, тавассути шуоъдиҳии лазерӣ дар минтақаи атрофи электродҳои катодӣ ба даст оварда шудаанд. Андозаҳо инчунин бо нуқтаи лазерӣ дар анод ҷойгир карда шуданд ва хусусиятҳои шабеҳи IV ва хосиятҳои фотоэлектрикӣ мушоҳида карда шуданд, ба истиснои он ки қутбияти Voc ва Isc дар ин ҳолат баръакс шудааст. Ҳамаи ин маълумотҳо ба механизми эффекти фотоэлектрикӣ оварда мерасонанд, ки бо интерфейси суперноқил-металлӣ зич алоқаманд аст.
Хулоса, хусусиятҳои IV системаи хамираи лазерии радиатсияшудаи YBCO-Ag ҳамчун функсияҳои ҳарорат ва шиддатнокии лазер чен карда шудаанд. Таъсири назарраси фотоэлектрикӣ дар доираи ҳарорати аз 50 то 300 К мушоҳида шудааст. Муайян карда мешавад, ки хосиятҳои фотоэлектрикӣ ба superconductivity сафолҳои YBCO сахт алоқаманданд. Тағйирёбии қутбҳои Voc ва Isc фавран пас аз гузариши суперноқили аз фотоиндуксия ба гузариши ғайриноқилӣ ба амал меояд. Вобастагии ҳарорат аз Voc ва Isc, ки дар шиддатнокии собит лазер чен карда шудааст, инчунин тағирёбии возеҳи қутбиятро дар ҳарорати критикӣ, ки аз болои он намуна муқовимат мекунад, нишон медиҳад. Бо ҷойгир кардани нуқтаи лазерӣ дар қисмати гуногуни намуна, мо нишон медиҳем, ки дар тамоми интерфейс як потенсиали электрикӣ мавҷуд аст, ки қувваи ҷудокуниро барои ҷуфтҳои сӯрохии электронии аз фото-индуксияшуда таъмин мекунад. Ин потенсиали интерфейс аз YBCO ба электроди металлӣ вақте равона мешавад, ки YBCO суперноқил аст ва вақте ки намуна ғайриноқил мешавад, ба самти муқобил мегузарад. Пайдоиши потенсиал метавонад табиатан бо эффекти наздикӣ дар интерфейси металлҳои суперноқилӣ алоқаманд бошад, вақте ки YBCO суперноқил аст ва тахминан ~10−8 мВ дар 50 К бо шиддатнокии лазерии 502 мВт/см2 аст. Тамос бо маводи навъи p YBCO дар ҳолати муқаррарӣ бо маводи навъи n Ag-хамираи пайванди квази-пнро ташкил медиҳад, ки барои рафтори фотоэлектрикии сафолҳои YBCO дар ҳарорати баланд масъул аст. Мушоҳидаҳои дар боло овардашуда таъсири PV-ро дар сафолҳои суперноқили YBCO дар ҳарорати баланд равшан мекунанд ва роҳро ба барномаҳои нав дар дастгоҳҳои оптоэлектронӣ, ба монанди детектори нури зуд пассивӣ ва детектори ягонаи фотон мекушоянд.
Таҷрибаҳои эффекти фотоэлектрикӣ дар намунаи сафолии YBCO бо ғафсии 0,52 мм ва шакли росткунҷаи 8,64 × 2,26 мм2 анҷом дода шуданд ва бо лазери мавҷи доимии кабуд (λ = 450 нм) бо андозаи нуқтаи лазерии радиусаш 1,25 мм равшан карда шуданд. Истифодаи намунаи плёнкаи борик, на аз массаи лоғар ба мо имкон медиҳад, ки хосиятҳои фотоэлектрикии суперноқилро бидуни мубориза бо таъсири мураккаби субстрат омӯзем6,7. Гузашта аз ин, маводи яклухт метавонад барои тартиби соддаи омодасозии он ва арзиши нисбатан паст мусоидат кунад. Симҳои сурбдори мис дар намунаи YBCO бо хамираи нуқра пайваст карда шудаанд, ки чаҳор электроди даврашаклро дар диаметри 1 мм ташкил медиҳанд. Масофаи байни ду электроди шиддат тақрибан 5 мм аст. Хусусиятҳои IV намуна бо истифода аз магнитометри ларзиш (VersaLab, Quantum Design) бо равзанаи булӯри кварц чен карда шуданд. Барои ба даст овардани каҷҳои IV усули стандартии чор сим истифода мешуд. Мавқеъҳои нисбии электродҳо ва нуқтаи лазерӣ дар расми 1i нишон дода шудаанд.
Чӣ тавр ин мақоларо овардан мумкин аст: Янг, Ф. ва дигарон. Пайдоиши эффекти фотоэлектрикӣ дар сафолҳои суперноқили YBa2Cu3O6.96. Илм. 5, 11504; дои: 10.1038/srep11504 (2015).
Чанг, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR. Физ. Ваҳй В 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Пайдоиши сигнали аномалии фотоэлектрикӣ дар Y-Ba-Cu-O. Физ. Ваҳй В 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Андозагирии шиддатҳои аз лазер ба вуҷуд омадаи суперногузаронии Bi-Sr-Ca-Cu-O. Физ. Ваҳй В 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, ва дигарон. Шиддати муваққатии лазерӣ дар филмҳои ҳарорати хонагӣ YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Физ. 67, 4375–4376 (1990).
Квок, HS & Zheng, JP Вокуниши ғайриоддии фотоэлектрикӣ дар YBa2Cu3O7. Физ. Ваҳй В 46, 3692–3695 (1992).
Мураока, Ю., Мурамацу, Т., Ямаура, Ҷ. & Хироӣ, З. Тазриқи сӯрохии фотогенератсионӣ ба YBa2Cu3O7−x дар гетероструктураи оксиди. Appl. Физ. Летт. 85, 2950–2952 (2004).
Асакура, Д. Омӯзиши фотоэмиссияи плёнкаҳои тунуки YBa2Cu3Oy дар зери равшании рӯшноӣ. Физ. Рев Летт. 93, 247006 (2004).
Янг, F. ва дигарон. Таъсири фотоволтаикии YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3: гетерогрансиони Nb, ки дар фишори қисман оксигени гуногун гарм карда мешавад. Матер. Летт. 130, 51–53 (2014).
Аминов, Б.А ва дигарон. Сохтори ду-Гап дар Yb(Y)Ba2Cu3O7-x як кристалл. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Кабанов, В.В., Демсар, Ҷ., Подобник, Б. & Михайлович, Д. Динамикаи релаксияи квазизарчаҳо дар суперноқилҳо бо сохторҳои гуногуни холигӣ: Назария ва таҷрибаҳо дар YBa2Cu3O7-δ. Физ. Ваҳй В 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Хусусиятҳои ислоҳкунандаи YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 : Nb гетероид. Appl. Физ. Летт. 87, 222501 (2005).
Камарас, К., Портер, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Азхудкунии Excitonic ва superconductivity дар YBa2Cu3O7-δ. Физ. Рев Летт. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Ноқилияти муваққатии фотоиндуксионӣ дар нимноқилҳои монокристалҳои YBa2Cu3O6.3: ҷустуҷӯи ҳолати металлии фотоиндуксионӣ ва суперноқилияти фотоиндуксионӣ. Commun State State. 72, 345–349 (1989).
МакМиллан, WL модели туннелингии эффекти наздикии суперноқил. Физ. Ваҳй 175, 537–542 (1968).
Герон, С ва дигарон. Таъсири наздикии суперноқил дар миқёси дарозии мезоскопӣ санҷида шудааст. Физ. Рев Летт. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Таъсири наздикӣ бо суперноқилҳои ғайрисентросимметрӣ. Физ. Ваҳй B 86, 17514 (2012).
Qu, FM ва дигарон. Таъсири наздикии суперноқилӣ дар сохторҳои гибридии Pb-Bi2Te3. Илм. Намояндагии 2, 339 (2012).
Чапин, ДМ, Фуллер, CS ва Пирсон, GL. Фотоселлҳои нави силикони pn барои табдил додани радиатсияи офтоб ба нерӯи барқ. J. App. Физ. 25, 676–677 (1954).
Томимото, К. Таъсири наҷосатӣ ба дарозии когерентии суперногузаронӣ дар як кристаллҳои Zn ё Ni-doped YBa2Cu3O6.9. Физ. Ваҳй B 60, 114–117 (1999).
Андо, Ю. & Сегава, К. Муқовимати магнитии ягона кристаллҳои ягонаи YBa2Cu3Oy дар доираи васеи допинг: вобастагии аномалии сӯрохи-допинг аз дарозии когерентсия. Физ. Рев Летт. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Systemmatics дар қувваи термоэлектрикии баланд-T, оксидҳо. Физ. Ваҳй В 46, 14928–14931, (1992).
Сугай, С ва дигарон. Гузариши импульси аз зичии интиқолдиҳанда вобастаи қуллаи когерентӣ ва режими фонон LO дар суперноқилҳои баланд-Tc навъи p. Физ. Ваҳй B 68, 184504 (2003).
Ночима, Т. Камшавии сӯрохҳо ва ҷамъшавии электронҳо дар филмҳои тунуки YBa2Cu3Oy бо истифода аз техникаи электрохимиявӣ: Далелҳо барои ҳолати металлии навъи n. Физ. Ваҳй B 84, 020502 (2011).
Тунг, ҶТ Физика ва химияи баландии монеаи Шоттки. Appl. Физ. Летт. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Таъсири шикастани ҷуфтҳои беруна динамикӣ дар филмҳои Superconducting. Физ. Рев Летт. 33, 215–219 (1974).
Ниева, Г. Такмили фотоиндуксионии суперноқилият. Appl. Физ. Летт. 60, 2159–2161 (1992).
Кудинов, В.И ва дигарон. Фотогузаронии доимӣ дар филмҳои YBa2Cu3O6+x ҳамчун усули фотодопинг ба фазаҳои металлӣ ва суперноқилӣ. Физ. Ваҳй В 14, 9017–9028 (1993).
Манковский, Р. Динамикаи торҳои ғайрихаттӣ ҳамчун асос барои мукаммали супергузаронӣ дар YBa2Cu3O6.5. Табиат 516, 71–74 (2014).
Фаусти, Д. Superconductivity ба рӯшноӣ дар купрате, ки аз рӯи рах тартиб дода шудааст. Илм 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Вобастагии функсионалии ҳарорат аз VOC барои ҳуҷайраи офтобӣ дар робита бо усули нави самаранокии он. Ношорсозӣ 209, 91–96 (2007).
Вернон, СМ ва Андерсон, WA Таъсири ҳарорат дар ҳуҷайраҳои офтобии кремнийи монеаи Шоттки. Appl. Физ. Летт. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Вобастагии ҳарорат аз параметрҳои дастгоҳи фотоэлектрикии ҳуҷайраҳои офтобии полимерӣ-фуллерен дар шароити корӣ. J. Appl. Физ. 90, 5343–5350 (2002).
Ин кор аз ҷониби Бунёди Миллии Илми Табиати Чин (Грант № 60571063), Лоиҳаҳои Тадқиқоти Фундаменталии музофоти Хэнани Чин (Грант № 122300410231) дастгирӣ шудааст.
FY матни коғазро навишт ва MYH намунаи сафолии YBCO-ро омода кард. FY ва MYH тачриба гузаронда, натичахоро тахлил карданд. FGC лоиҳа ва тафсири илмии маълумотро роҳбарӣ кард. Хамаи муаллифон дастнависро аз назар гузаронданд.
Ин кор тибқи иҷозатномаи байналмилалии Creative Commons Attribution 4.0 иҷозатнома дорад. Тасвирҳо ё дигар маводи тарафи сеюм дар ин мақола ба иҷозатномаи Creative Commons мақола дохил карда шудаанд, агар дар хати кредитӣ тартиби дигаре пешбинӣ нашуда бошад; агар мавод ба литсензияи Creative Commons дохил карда нашавад, корбарон бояд аз дорандаи литсензия барои дубора тавлиди мавод иҷозат гиранд. Барои дидани нусхаи ин иҷозатнома ба http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ муроҷиат кунед.
Янг, Ф., Хан, М. & Чанг, F. Пайдоиши эффекти фотоэлектрикӣ дар сафолҳои суперноқили YBa2Cu3O6.96. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Бо пешниҳоди шарҳ шумо розӣ мешавед, ки шартҳо ва дастурҳои ҷомеаи моро риоя кунед. Агар шумо ягон чизи таҳқиромез ё ба шартҳо ё дастурҳои мо мувофиқат накунед, лутфан онро ҳамчун номуносиб қайд кунед.
Вақти фиристодан: апрел-22-2020