O ṣeun fun lilo si nature.com. O nlo ẹya ẹrọ aṣawakiri pẹlu atilẹyin to lopin fun CSS. Lati gba iriri ti o dara julọ, a ṣeduro pe ki o lo ẹrọ aṣawakiri kan diẹ sii (tabi paa ipo ibaramu ni Internet Explorer). Lakoko, lati rii daju pe atilẹyin tẹsiwaju, a n ṣafihan aaye naa laisi awọn aza ati JavaScript.
A ṣe ijabọ ipa fọtovoltaic iyalẹnu ni YBa2Cu3O6.96 (YBCO) seramiki laarin 50 ati 300 K ti a fa nipasẹ itanna bulu-laser, eyiti o ni ibatan taara si superconductivity ti YBCO ati wiwo elekiturodu YBCO-metallic. Iyipada polarity kan wa fun foliteji Circuit ṣiṣi Voc ati isc lọwọlọwọ Circuit kukuru nigbati YBCO ṣe iyipada lati superconducting si ipo resistive. A fihan pe agbara eletiriki kan wa kọja wiwo irin superconductor-deede, eyiti o pese ipa iyapa fun awọn orisii iho elekitironi ti o fa fọto. Agbara wiwo yii n taara lati YBCO si elekiturodu irin nigbati YBCO n ṣe adaṣe pupọ ti o si yipada si itọsọna idakeji nigbati YBCO di alaiṣe-abojuto. Ipilẹṣẹ agbara le jẹ ni imurasilẹ ni nkan ṣe pẹlu ipa isunmọtosi ni wiwo irin-superconductor nigba ti YBCO jẹ alabojuto ati pe iye rẹ ni ifoju si ~ 10–8 mV ni 50 K pẹlu kikankikan laser ti 502 mW/cm2. Apapọ ohun elo p-iru YBCO ni ipo deede pẹlu ohun elo n-iru Ag-lẹẹmọ ṣe idawọle quasi-pn eyiti o jẹ iduro fun ihuwasi fọtovoltaic ti awọn ohun elo amọ YBCO ni awọn iwọn otutu giga. Awọn awari wa le ṣe ọna si awọn ohun elo tuntun ti awọn ẹrọ itanna photon ati ki o tan imọlẹ siwaju si ipa isunmọtosi ni wiwo superconductor-metal.
Foliteji-induced Fọto ni ga otutu superconductors ti a ti royin ni ibẹrẹ 1990 ká ati ki o sanlalu iwadi lailai niwon, sibẹsibẹ awọn oniwe-iseda ati siseto wa unsettled1,2,3,4,5. YBa2Cu3O7-δ (YBCO) tinrin fiimu6,7,8, ni pato, ti wa ni intensively iwadi ni awọn fọọmu ti photovoltaic cell (PV) nitori awọn oniwe-adijositabulu aafo9,10,11,12,13. Bibẹẹkọ, resistance giga ti sobusitireti nigbagbogbo n yori si ṣiṣe iyipada kekere ti ẹrọ ati awọn iboju iparada awọn ohun-ini PV akọkọ ti YBCO8. Nibi a ṣe ijabọ ipa fọtovoltaic iyalẹnu ti o fa nipasẹ ina-lesa buluu (λ = 450 nm) itanna ni YBa2Cu3O6.96 (YBCO) seramiki laarin 50 ati 300 K (Tc ~ 90 K). A fihan pe ipa PV ni ibatan taara si superconductivity ti YBCO ati iseda ti wiwo elekiturodu YBCO-metallic. Iyipada polarity kan wa fun foliteji Circuit ṣiṣi Voc ati isc lọwọlọwọ Circuit kukuru nigbati YBCO ṣe iyipada kan lati ipo iṣakoso superconducting si ipo resistive kan. O ti wa ni dabaa wipe o wa ohun itanna agbara kọja awọn superconductor-deede irin ni wiwo, eyi ti o pese awọn Iyapa agbara fun awọn fọto-induced elekitironi-iho orisii. Agbara wiwo yii n ṣe itọsọna lati YBCO si elekiturodu irin nigbati YBCO n ṣe adaṣe pupọ ati yipada si itọsọna idakeji nigbati apẹẹrẹ ba di alaiṣe-aṣeju. Ipilẹṣẹ agbara le jẹ nipa ti ara ni nkan ṣe pẹlu ipa isunmọ14,15,16,17 ni wiwo irin-superconductor nigba ti YBCO jẹ alabojuto ati pe iye rẹ jẹ ~ 10-8 mV ni 50 K pẹlu kikankikan laser ti 502 mW / cm2. Apapo iru p-iru ohun elo YBCO ni ipo deede pẹlu iru ohun elo Ag-lẹẹmọ awọn fọọmu, o ṣeese julọ, isunmọ quasi-pn eyiti o jẹ iduro fun ihuwasi PV ti awọn ohun elo amọ YBCO ni awọn iwọn otutu giga. Awọn akiyesi wa tan imọlẹ siwaju si lori ipilẹṣẹ ti ipa PV ni iwọn otutu ti o ga julọ ti awọn ohun elo amọ YBCO ati pa ọna fun ohun elo rẹ ni awọn ẹrọ optoelectronic gẹgẹbi aṣawari ina palolo iyara ati bẹbẹ lọ.
Nọmba 1a-c fihan pe awọn abuda IV ti ayẹwo seramiki YBCO ni 50 K. Laisi itanna ina, foliteji kọja ayẹwo naa wa ni odo pẹlu iyipada lọwọlọwọ, bi a ṣe le reti lati ohun elo ti o lagbara. Ipa fọtovoltaic ti o han gbangba yoo han nigbati ina ina lesa ti wa ni itọsọna ni cathode (Fig. 1a): awọn iha IV ti o ni afiwe si I-axis n lọ si isalẹ pẹlu jijẹ kikankikan laser. O han gbangba pe foliteji-induced odi fọto wa paapaa laisi lọwọlọwọ eyikeyi (nigbagbogbo ti a pe ni folti Circuit ṣiṣi Voc). Ite odo ti igbi IV tọkasi pe ayẹwo naa tun n ṣiṣẹ ni agbara labẹ itanna laser.
(a-c) ati 300 K (e-g). Awọn iye ti V(I) ni a gba nipasẹ gbigba lọwọlọwọ lati -10 mA si +10 mA ni igbale. Apa kan nikan ti data esiperimenta ni a gbekalẹ nitori mimọ. a, Awọn abuda foliteji lọwọlọwọ ti YBCO ni iwọn pẹlu aaye laser ti o wa ni ipo cathode (i). Gbogbo awọn iyipo IV jẹ awọn laini taara petele ti o nfihan apẹẹrẹ tun n ṣe aiṣedeede pẹlu itanna laser. Iyipada naa n lọ si isalẹ pẹlu kikankikan ina lesa ti o pọ si, n tọka pe agbara odi kan wa (Voc) laarin awọn itọsọna foliteji meji paapaa pẹlu lọwọlọwọ odo. Awọn iyipo IV ko yipada nigbati ina lesa ti wa ni itọsọna ni aarin ti ayẹwo ni ether 50 K (b) tabi 300 K (f). Laini petele n gbe soke bi anode ti tan imọlẹ (c). Awoṣe sikematiki ti irin-superconductor junction ni 50 K ti han ni d. Awọn abuda foliteji lọwọlọwọ ti ipo deede YBCO ni 300 K ti a ṣewọn pẹlu ina ina lesa tokasi ni cathode ati anode ni a fun ni e ati g lẹsẹsẹ. Ni idakeji si awọn esi ni 50 K, ti kii-odo ite ti awọn ila ti o tọ tọkasi pe YBCO wa ni ipo deede; awọn iye ti Voc yatọ pẹlu kikankikan ina ni ọna idakeji, nfihan ilana iyapa idiyele ti o yatọ. Ilana wiwo ti o ṣeeṣe ni 300 K jẹ afihan ni hj Aworan gidi ti apẹẹrẹ pẹlu awọn itọsọna.
YBCO-ọlọrọ atẹgun ni ipo alabojuto le fa fere ni kikun irisi ti oorun nitori aafo agbara kekere rẹ (Fun apẹẹrẹ) 9,10, nitorinaa ṣiṣẹda awọn orisii iho elekitironi (e –h). Lati ṣe agbejade foliteji Circuit ṣiṣi Voc nipasẹ gbigba awọn photons, o jẹ dandan lati ya sọtọ fọto ti ipilẹṣẹ eh ni aye ṣaaju ki isọdọtun waye18. Voc odi, ojulumo si cathode ati anode bi itọkasi ni Ọpọtọ 1i, ni imọran wipe o wa ni ohun itanna o pọju kọja awọn irin-superconductor ni wiwo, eyi ti sweeps awọn elekitironi si anode ati ihò si cathode. Ti eyi ba jẹ ọran, o yẹ ki o tun jẹ itọkasi ti o pọju lati superconductor si elekiturodu irin ni anode. Nitoribẹẹ, Voc rere yoo gba ti agbegbe ayẹwo ti o wa nitosi anode naa ba tan. Pẹlupẹlu, ko yẹ ki o jẹ awọn foliteji ti o fa fọto nigbati aaye ina lesa n tọka si awọn agbegbe ti o jinna si awọn amọna. O ti wa ni esan ni irú bi o ti le ri lati olusin 1b,c!.
Nigbati aaye ina ba lọ lati elekiturodu cathode si aarin ti apẹẹrẹ (nipa 1.25 mm yato si awọn atọkun), ko si iyatọ ti awọn iyipo IV ati pe ko si Voc ti a le ṣe akiyesi pẹlu jijẹ kikankikan laser si iye ti o pọju ti o wa (Fig. 1b) . Nipa ti, abajade yii ni a le sọ si igbesi aye to lopin ti awọn gbigbe ti o fa fọto ati aisi agbara iyapa ninu apẹẹrẹ. Awọn orisii iho elekitironi le ṣẹda nigbakugba ti ayẹwo ba ti tan imọlẹ, ṣugbọn pupọ julọ awọn orisii e-h ni yoo parẹ ati pe ko si ipa fọtovoltaic ti a ṣe akiyesi ti aaye laser ba ṣubu si awọn agbegbe ti o jinna si eyikeyi awọn amọna. Gbigbe aaye ina lesa si awọn amọna anode, awọn iyipo IV ni afiwe si I-axis gbe lọ si oke pẹlu jijẹ kikankikan laser (Fig. 1c). Iru aaye itanna ti a ṣe sinu wa ni ipade irin-superconductor ni anode. Bibẹẹkọ, elekiturodu ti fadaka sopọ si itọsọna rere ti eto idanwo ni akoko yii. Awọn ihò ti a ṣe nipasẹ lesa ni a titari si adari anode ati nitorinaa a ṣe akiyesi Voc rere kan. Awọn abajade ti a gbekalẹ nibi pese ẹri ti o lagbara pe o wa nitootọ agbara wiwo ti o tọka lati superconductor si elekiturodu irin.
Ipa Photovoltaic ni YBa2Cu3O6.96 awọn ohun elo amọ ni 300 K ti han ni 1e-g. Laisi itanna ina, igbẹ IV ti apẹẹrẹ jẹ laini taara ti o kọja ipilẹṣẹ. Laini titọ yii n gbe si oke ni afiwe si atilẹba pẹlu jijẹ kikankikan laser ti o npọ si ni awọn itọsọna cathode (Fig. 1e). Awọn ọran idiwọn meji wa ti iwulo fun ẹrọ fọtovoltaic kan. Awọn kukuru-Circuit majemu waye nigbati V = 0. Awọn ti isiyi ninu apere yi ni tọka si bi kukuru Circuit lọwọlọwọ (Isc). Ọran aropin keji jẹ ipo ṣiṣi-yika (Voc) eyiti o waye nigbati R→∞ tabi lọwọlọwọ jẹ odo. Nọmba 1e fihan gbangba pe Voc jẹ rere ati pe o pọ si pẹlu iwọn ina ti o pọ si, ni idakeji pẹlu abajade ti a gba ni 50 K; lakoko ti a ṣe akiyesi Isc odi kan lati pọ si ni titobi pẹlu itanna ina, ihuwasi aṣoju ti awọn sẹẹli oorun deede.
Bakanna, nigbati ina ina lesa ti tọka si awọn agbegbe ti o jinna si awọn amọna, ọna V (I) jẹ ominira ti kikankikan laser ati pe ko si ipa fọtovoltaic ti o han (Fig. 1f). Gegebi wiwọn ni 50 K, awọn iṣipopada IV gbe lọ si ọna idakeji bi itanna anode ti wa ni itanna (Fig. 1g). Gbogbo awọn abajade wọnyi ti a gba fun eto lẹẹ YBCO-Ag ni 300 K pẹlu itanna laser ni awọn ipo oriṣiriṣi ti apẹẹrẹ ni ibamu pẹlu agbara wiwo ni idakeji si eyiti a ṣe akiyesi ni 50 K.
Pupọ julọ ti awọn elekitironi ṣe condense ni awọn orisii Cooper ni ṣiṣe adaṣe YBCO ni isalẹ iwọn otutu iyipada rẹ Tc. Lakoko ti o wa ninu elekiturodu irin, gbogbo awọn elekitironi wa ni irisi ẹyọkan. Iwọn iwuwo nla wa fun awọn elekitironi elekanṣoṣo ati awọn orisii Cooper ni agbegbe ti wiwo alabojuto irin. Awọn elekitironi ẹlẹyọkan ti o pọ julọ ninu awọn ohun elo ti fadaka yoo tan kaakiri sinu agbegbe superconductor, lakoko ti awọn onisọpọ-pupọ Cooper-pairs ni agbegbe YBCO yoo tan kaakiri sinu agbegbe irin. Bi awọn orisii Cooper ti n gbe awọn idiyele diẹ sii ati nini iṣipopada nla ju awọn elekitironi ẹyọkan ti ntan kaakiri lati YBCO sinu agbegbe ti fadaka, awọn ọta ti o ni agbara daadaa ni a fi silẹ, ti o yorisi aaye ina ni agbegbe idiyele aaye. Itọnisọna ti aaye ina mọnamọna yii jẹ afihan ninu aworan atọka apẹrẹ 1d. Itanna fotonu isẹlẹ nitosi agbegbe idiyele aaye le ṣẹda awọn orisii eh ti yoo yapa ati gba jade ti o njade lọwọlọwọ fọtoyiya ni itọsọna yiyipada-abosi. Ni kete ti awọn elekitironi ba jade kuro ni aaye itanna ti a kọ sinu, wọn ti di meji-meji ati ṣiṣan si elekiturodu miiran laisi resistance. Ni idi eyi, Voc jẹ idakeji si polarity ti a ti ṣeto tẹlẹ ati ṣafihan iye odi nigbati ina ina lesa tọka si agbegbe ni ayika elekiturodu odi. Lati iye Voc, agbara ti o kọja ni wiwo le jẹ ifoju: aaye laarin awọn ọna foliteji meji d jẹ ~ 5 × 10−3 m, sisanra ti wiwo superconductor irin, di, yẹ ki o jẹ aṣẹ titobi kanna. bi ipari isọdọkan ti superconductor YBCO (~ 1 nm) 19,20, mu iye ti Voc = 0.03 mV, Vms ti o pọju ni wiwo irin-superconductor ni a ṣe iṣiro lati jẹ ~ 10-11 V ni 50 K pẹlu kikankikan laser ti 502 mW/cm2, ni lilo idogba,
A fẹ lati tẹnumọ nibi pe foliteji-induced fọto ko le ṣe alaye nipasẹ ipa igbona fọto. A ti fi idi rẹ mulẹ ni idanwo pe Seebeck olùsọdipúpọ ti superconductor YBCO jẹ Ss = 021. Olusọdipúpọ Seebeck fun awọn okun waya asiwaju bàbà wa ni ibiti Scu = 0.34-1.15 μV/K3. Awọn iwọn otutu ti okun waya Ejò ni aaye ina lesa ni a le gbe soke nipasẹ iwọn kekere ti 0.06 K pẹlu kikankikan laser ti o pọju ti o wa ni 50 K. Eyi le ṣe agbejade agbara thermoelectric ti 6.9 × 10−8 V eyiti o jẹ awọn aṣẹ mẹta ti o kere ju Voc ti a gba ni aworan 1 (a). O han gbangba pe ipa thermoelectric kere ju lati ṣe alaye awọn abajade esiperimenta. Ni otitọ, iyatọ iwọn otutu nitori itanna laser yoo parẹ ni o kere ju iṣẹju kan ki idasi lati ipa igbona le jẹ aifọwọyi lailewu.
Ipa fọtovoltaic yii ti YBCO ni iwọn otutu yara ṣafihan pe ẹrọ iyapa idiyele oriṣiriṣi kan wa nibi. Superconducting YBCO ni deede ipinle ni a p-Iru ohun elo pẹlu ihò bi idiyele Carrier22,23, nigba ti ti fadaka Ag-lẹẹmọ ni o ni awọn abuda kan ti ẹya n-Iru ohun elo. Iru si pn junctions, awọn tan kaakiri ti elekitironi ni fadaka lẹẹ ati ihò ninu YBCO seramiki yoo dagba ohun ti abẹnu itanna aaye ntokasi si YBCO seramiki ni wiwo (Fig. 1h). O jẹ aaye inu inu ti o pese agbara iyapa ati ki o nyorisi Voc rere ati Isc odi fun YBCO-Ag lẹẹ eto ni iwọn otutu yara, bi a ṣe han ni 1e. Ni omiiran, Ag-YBCO le ṣe ọna asopọ p-type Schottky eyiti o tun yori si agbara wiwo pẹlu polarity kanna bi ninu awoṣe ti a gbekalẹ loke24.
Lati ṣe iwadii ilana itankalẹ alaye ti awọn ohun-ini fọtovoltaic lakoko iyipada superconducting ti YBCO, awọn iha IV ti apẹẹrẹ ni 80 K ni a wọn pẹlu awọn iwọn ina lesa ti o yan ni itanna cathode (Fig. 2). Laisi itanna lesa, foliteji kọja awọn ayẹwo ntọju ni odo laiwo ti isiyi, afihan awọn superconducting ipinle ti awọn ayẹwo ni 80 K (Fig. 2a). Iru si data ti o gba ni 50 K, awọn iṣipo IV ni afiwe si I-axis n lọ si isalẹ pẹlu kikankikan laser ti o pọ si titi iye pataki Pc yoo ti de. Loke kikankikan lesa to ṣe pataki yii (Pc), superconductor n gba iyipada kan lati ipele ti o gaju si ipele resistance; foliteji bẹrẹ lati pọ si pẹlu lọwọlọwọ nitori hihan ti resistance ninu awọn superconductor. Bi abajade, iṣipopada IV bẹrẹ lati intersect pẹlu I-axis ati V-axis ti o yori si Voc odi ati Isc rere ni akọkọ. Bayi apẹẹrẹ dabi pe o wa ni ipo pataki kan ninu eyiti polarity ti Voc ati Isc jẹ ifarabalẹ pupọ si kikankikan ina; pẹlu ilosoke kekere pupọ ni kikankikan ina Isc ti yipada lati rere si odi ati Voc lati odi si iye rere, ti o kọja ipilẹṣẹ (ifamọ giga ti awọn ohun-ini fọtovoltaic, ni pataki iye Isc, si itanna ina ni a le rii ni kedere ni Ọpọtọ. 2b). Ni agbara lesa ti o ga julọ ti o wa, awọn iyipo IV pinnu lati wa ni afiwe pẹlu ara wọn, ti o nfihan ipo deede ti apẹẹrẹ YBCO.
Ile-iṣẹ iranran laser wa ni ipo ni ayika awọn amọna cathode (wo aworan 1i). a, IV ekoro ti YBCO irradiated pẹlu o yatọ si lesa kikankikan. b (oke), Lesa kikankikan gbára ti ìmọ Circuit foliteji ati kukuru Circuit lọwọlọwọ Isc. Awọn iye Isc ko le gba ni iwọn ina kekere (< 110 mW / cm2) nitori awọn iṣipopada IV wa ni afiwe si I-axis nigbati apẹẹrẹ wa ni ipo ti o ga julọ. b (isalẹ), iyatọ iyatọ bi iṣẹ ti kikankikan laser.
Igbẹkẹle kikankikan laser ti Voc ati Isc ni 80 K ti han ni aworan 2b (oke). Awọn ohun-ini fọtovoltaic ni a le jiroro ni awọn agbegbe mẹta ti kikankikan ina. Agbegbe akọkọ wa laarin 0 ati Pc, ninu eyiti YBCO n ṣe adaṣe, Voc jẹ odi ati dinku (awọn ilọsiwaju iye pipe) pẹlu kikankikan ina ati de ọdọ o kere ju ni PC. Ẹkun keji jẹ lati Pc si miiran pataki kikankikan P0, ninu eyiti Voc n pọ si lakoko ti Isc dinku pẹlu kikankikan ina ti o pọ si ati awọn mejeeji de odo ni P0. Ekun kẹta wa loke P0 titi ti ipo deede ti YBCO yoo ti de. Botilẹjẹpe mejeeji Voc ati Isc yatọ pẹlu kikankikan ina ni ọna kanna bi ni agbegbe 2, wọn ni polarity idakeji loke kikankikan pataki P0. Pataki ti P0 wa ni pe ko si ipa fọtovoltaic ati ẹrọ iyapa idiyele yipada ni agbara ni aaye pataki yii. Apeere YBCO di aiṣe-aṣeyọri ni iwọn ina kikankikan yii ṣugbọn ipo deede sibẹsibẹ lati de.
Ni gbangba, awọn abuda fọtovoltaic ti eto naa ni ibatan pẹkipẹki si superconductivity ti YBCO ati iyipada superconducting rẹ. Iyatọ iyatọ, dV / dI, ti YBCO ti han ni 2b (isalẹ) gẹgẹbi iṣẹ ti agbara laser. Gẹgẹbi a ti sọ tẹlẹ, agbara-itumọ ti ina mọnamọna ni wiwo nitori awọn aaye itọka tọkọtaya Cooper lati superconductor si irin. Iru si eyi ti a ṣe akiyesi ni 50 K, ipa fọtovoltaic ti ni ilọsiwaju pẹlu jijẹ kikankikan laser lati 0 si PC. Nigbati awọn lesa kikankikan Gigun kan iye die-die loke Pc, awọn IV ti tẹ bẹrẹ lati pulọọgi ati awọn resistance ti awọn ayẹwo bẹrẹ lati han, ṣugbọn awọn polarity ti awọn wiwo o pọju ti wa ni ko yi pada sibẹsibẹ. Ipa ti itara opitika lori superconductivity ti ṣe iwadii ni agbegbe ti o han tabi nitosi-IR. Nigba ti awọn ipilẹ ilana ni lati ya soke awọn Cooper orisii ati ki o run awọn superconductivity25,26, ni awọn igba miiran superconductivity orilede le ti wa ni ti mu dara si27,28,29, titun awọn ifarahan ti superconductivity le ani wa ni induced30. Awọn isansa ti superconductivity ni Pc le ti wa ni arosọ si fọto-induced bibu bata. Ni aaye P0, agbara ti o kọja ni wiwo di odo, nfihan iwuwo idiyele ni ẹgbẹ mejeeji ti wiwo naa de ipele kanna labẹ kikankikan pato ti itanna ina. Siwaju ilosoke ninu lesa kikankikan awọn esi ni diẹ Cooper orisii ni run ati YBCO ti wa ni maa yipada pada si a p-Iru ohun elo. Dipo ti itanna ati Cooper bata tan kaakiri, awọn ẹya ara ẹrọ ti awọn wiwo ti wa ni bayi ṣiṣe nipasẹ elekitironi ati iho tan kaakiri eyiti o nyorisi si a polarity iyipada ti awọn itanna aaye ninu awọn wiwo ati Nitori a rere Voc (afiwe Fig.1d, h). Ni kikankikan laser ti o ga pupọ, iyatọ iyatọ ti YBCO saturates si iye ti o baamu si ipo deede ati mejeeji Voc ati Isc ṣọ lati yatọ laini pẹlu kikankikan laser (Fig. 2b). Akiyesi yii ṣe afihan pe itanna lesa lori ipo deede YBCO kii yoo tun yipada resistivity ati ẹya ti wiwo superconductor-irin ṣugbọn nikan mu ifọkansi ti awọn orisii iho elekitironi pọ si.
Lati ṣe iwadii ipa ti iwọn otutu lori awọn ohun-ini fọtovoltaic, ẹrọ-irin-irin-irin-irin-irin-irin ni a ti tan ina ni cathode pẹlu laser buluu ti kikankikan 502 mW / cm2. Awọn iyipo IV ti a gba ni awọn iwọn otutu ti a yan laarin 50 ati 300 K ni a fun ni aworan 3a. Awọn ìmọ Circuit foliteji Voc, kukuru Circuit lọwọlọwọ Isc ati awọn iyato resistance le ki o si ti wa ni gba lati wọnyi IV ekoro ati ki o ti wa ni han ni olusin 3b. Laisi itanna imọlẹ, gbogbo awọn iṣipopada IV ti a ṣe ni awọn iwọn otutu ti o yatọ kọja ipilẹṣẹ bi o ti ṣe yẹ (inset ti 3a). Awọn abuda IV yipada ni pataki pẹlu iwọn otutu ti o pọ si nigbati eto naa ba tan ina nipasẹ ina ina lesa to lagbara (502 mW/cm2). Ni awọn iwọn otutu kekere awọn iyipo IV jẹ awọn laini taara ni afiwe si I-axis pẹlu awọn iye odi ti Voc. Yi ti tẹ yi lọ si oke pẹlu jijẹ iwọn otutu ati ki o maa yipada sinu ila kan pẹlu kan nonzero ite ni kan lominu ni otutu Tcp (Fig. 3a (oke)). O dabi pe gbogbo awọn iyipo abuda ti IV n yi ni ayika aaye kan ni ikẹta kẹta. Voc pọ si lati iye odi si ọkan rere lakoko ti Isc dinku lati rere si iye odi. Loke awọn atilẹba superconducting iyipada otutu Tc ti YBCO, awọn IV ti tẹ yi dipo otooto pẹlu iwọn otutu (isalẹ ti Ọpọtọ. 3a). Ni akọkọ, ile-iṣẹ yiyi ti awọn iyipo IV n gbe lọ si iha mẹrin akọkọ. Ni ẹẹkeji, Voc ntọju idinku ati Isc n pọ si pẹlu iwọn otutu ti o pọ si (oke ti Ọpọtọ 3b). Ni ẹkẹta, ite ti awọn iyipo IV pọ si laini pẹlu iwọn otutu ti o mu abajade iwọn otutu ti o dara ti resistance fun YBCO (isalẹ ti Fig. 3b).
Igbẹkẹle iwọn otutu ti awọn abuda fọtovoltaic fun eto lẹẹ YBCO-Ag labẹ itanna laser 502 mW/cm2.
Ile-iṣẹ iranran laser wa ni ipo ni ayika awọn amọna cathode (wo aworan 1i). a, IV ekoro gba lati 50 to 90 K (oke) ati lati 100 to 300 K (isalẹ) pẹlu kan otutu ilosoke ti 5 K ati 20 K, lẹsẹsẹ. Fi sii a fihan awọn abuda IV ni awọn iwọn otutu pupọ ni dudu. Gbogbo awọn ekoro kọja aaye orisun. b, Voltage Circuit ìmọ Voc ati kukuru Circuit lọwọlọwọ Isc (oke) ati iyatọ iyatọ, dV/dI, ti YBCO (isalẹ) gẹgẹbi iṣẹ ti iwọn otutu. Odo resistance superconducting otutu iyipada Tcp ko fun nitori pe o sunmọ Tc0 ju.
Awọn iwọn otutu to ṣe pataki mẹta ni a le mọ lati aworan 3b: Tcp, loke eyiti YBCO di aiṣe-superconducting; Tc0, ninu eyiti mejeeji Voc ati Isc di odo ati Tc, atilẹba ibẹrẹ superconducting otutu iyipada ti YBCO laisi itanna laser. Ni isalẹ Tcp ~ 55 K, YBCO ti a tan ina lesa wa ni ipo ti o ga julọ pẹlu ifọkansi giga ti awọn orisii Cooper. Awọn ipa ti itanna lesa ni lati din odo resistance superconducting iyipada otutu lati 89 K to ~ 55 K (isalẹ ti Ọpọtọ. 3b) nipa atehinwa awọn Cooper pair fojusi ni afikun si producing photovoltaic foliteji ati lọwọlọwọ. Alekun otutu tun fọ awọn orisii Cooper ti o yori si agbara kekere ni wiwo. Nitoribẹẹ, iye pipe ti Voc yoo dinku, botilẹjẹpe kikankikan kanna ti itanna lesa ti lo. O pọju ni wiwo yoo di kere ati ki o kere pẹlu siwaju ilosoke ninu otutu ati Gigun odo ni Tc0. Ko si ipa fọtovoltaic ni aaye pataki yii nitori ko si aaye inu lati ya awọn orisii iho elekitironi ti o fa fọto. Iyipada polarity ti o pọju waye loke iwọn otutu to ṣe pataki bi iwuwo idiyele ọfẹ ni lẹẹ Ag jẹ tobi ju iyẹn lọ ni YBCO eyiti o jẹ gbigbe diẹdiẹ pada si ohun elo iru-p. Nibi ti a fẹ lati fi rinlẹ wipe polarity ipadasẹhin ti Voc ati Isc waye lẹsẹkẹsẹ lẹhin odo resistance superconducting orilede, laiwo ti awọn fa ti awọn orilede. Akiyesi yii ṣe afihan ni kedere, fun igba akọkọ, ibamu laarin superconductivity ati awọn ipa fọtovoltaic ti o ni nkan ṣe pẹlu agbara wiwo irin-superconductor. Iseda agbara yii kọja wiwo irin superconductor-deede ti jẹ idojukọ iwadii fun ọpọlọpọ awọn ewadun to kọja ṣugbọn awọn ibeere pupọ wa ti o nduro lati dahun. Wiwọn ipa fọtovoltaic le jẹri lati jẹ ọna ti o munadoko fun ṣawari awọn alaye (gẹgẹbi agbara rẹ ati polarity ati bẹbẹ lọ) ti agbara pataki yii ati nitorinaa tan imọlẹ si ipa isunmọ iwọn otutu giga ti o gaju.
Siwaju ilosoke ninu otutu lati Tc0 to Tc nyorisi kan kere ifọkansi ti Cooper orisii ati ẹya ẹya ni wiwo o pọju ati Nitori ti o tobi Voc. Ni Tc ifọkansi bata Cooper di odo ati agbara-itumọ ni wiwo de iwọn ti o pọju, ti o mu abajade Voc ti o pọju ati Isc ti o kere julọ. Ilọsoke iyara ti Voc ati Isc (iye pipe) ni iwọn otutu yii ni ibamu si iyipada ti o gaju eyiti o gbooro lati ΔT ~ 3 K si ~ 34 K nipasẹ itanna laser ti kikankikan 502 mW / cm2 (Fig. 3b). Ni awọn ipinlẹ deede ti o wa loke Tc, folti Circuit ṣiṣi silẹ Voc pẹlu iwọn otutu (oke ti Ọpọtọ 3b), iru si ihuwasi laini ti Voc fun awọn sẹẹli oorun deede ti o da lori pn junctions31,32,33. Botilẹjẹpe iwọn iyipada ti Voc pẹlu iwọn otutu (-dVoc/dT), eyiti o da lori agbara ina lesa, kere pupọ ju ti awọn sẹẹli oorun deede, iye iwọn otutu ti Voc fun ipade YBCO-Ag ni aṣẹ titobi bi iyẹn. ti awọn sẹẹli oorun. Awọn jijo lọwọlọwọ ti a pn ipade fun deede oorun cell ẹrọ pọ pẹlu jijẹ iwọn otutu, yori si idinku ninu Voc bi otutu posi. Awọn ila ila ila IV ti a ṣe akiyesi fun eto Ag-superconductor yii, nitori akọkọ agbara wiwo kekere pupọ ati keji asopọ ẹhin-si-ẹhin ti awọn heterojunctions meji, jẹ ki o ṣoro lati pinnu lọwọlọwọ jijo. Bibẹẹkọ, o ṣee ṣe pupọ pe igbẹkẹle iwọn otutu kanna ti lọwọlọwọ jijo jẹ iduro fun ihuwasi Voc ti a ṣe akiyesi ninu idanwo wa. Gẹgẹbi asọye, Isc ni lọwọlọwọ nilo lati gbejade foliteji odi lati sanpada Voc ki foliteji lapapọ jẹ odo. Bi iwọn otutu ṣe n pọ si, Voc yoo kere si pe o nilo lọwọlọwọ kere si lati ṣe agbejade foliteji odi. Pẹlupẹlu, resistance ti YBCO pọ si laini pẹlu iwọn otutu loke Tc (isalẹ ti Ọpọtọ 3b), eyiti o tun ṣe alabapin si iye to peye ti Isc ni awọn iwọn otutu giga.
Ṣe akiyesi pe awọn abajade ti a fun ni Ọpọtọ 2,3 ni a gba nipasẹ itanna laser ni agbegbe ni ayika awọn amọna cathode. Awọn wiwọn tun ti tun ṣe pẹlu aaye laser ti o wa ni ipo anode ati iru awọn abuda IV ati awọn ohun-ini fọtovoltaic ti a ti ṣe akiyesi ayafi ti polarity ti Voc ati Isc ti yi pada ninu ọran yii. Gbogbo data wọnyi yorisi ẹrọ kan fun ipa fọtovoltaic, eyiti o ni ibatan pẹkipẹki si wiwo superconductor-metal.
Ni akojọpọ, awọn abuda IV ti itanna elesa superconducting YBCO-Ag eto lẹẹ ti ni iwọn bi awọn iṣẹ ti iwọn otutu ati kikankikan laser. A ti ṣe akiyesi ipa fọtovoltaic iyalẹnu ni iwọn otutu lati 50 si 300 K. O rii pe awọn ohun-ini fọtovoltaic ni ibamu pẹlu agbara si superconductivity ti awọn ohun elo amọ YBCO. Iyipada polarity ti Voc ati Isc waye ni kete lẹhin ifasilẹ fọto-iṣafihan superconducting si iyipada ti kii ṣe superconducting. Igbẹkẹle iwọn otutu ti Voc ati Isc ti a ṣewọn ni kikankikan laser ti o wa titi fihan tun iyipada polarity pato ni iwọn otutu to ṣe pataki loke eyiti apẹẹrẹ naa di atako. Nipa wiwa aaye ina lesa si oriṣiriṣi apakan ti apẹẹrẹ, a fihan pe agbara itanna kan wa kọja wiwo, eyiti o pese agbara iyapa fun awọn orisii iho elekitironi ti o fa fọto. Agbara wiwo yii n ṣe itọsọna lati YBCO si elekiturodu irin nigbati YBCO n ṣe adaṣe pupọ ati yipada si itọsọna idakeji nigbati apẹẹrẹ ba di alaiṣe-aṣeju. Ipilẹṣẹ agbara le jẹ nipa ti ara ni nkan ṣe pẹlu ipa isunmọtosi ni wiwo irin-superconductor nigba ti YBCO jẹ alabojuto ati pe o jẹ ~ 10-8 mV ni 50 K pẹlu kikankikan laser ti 502 mW/cm2. Olubasọrọ ti ohun elo p-iru YBCO ni ipo deede pẹlu ohun elo iru n-Ag-lẹẹmọ ṣe idawọle quasi-pn eyiti o jẹ iduro fun ihuwasi fọtovoltaic ti awọn ohun elo amọ YBCO ni awọn iwọn otutu giga. Awọn akiyesi ti o wa loke tan imọlẹ si ipa PV ni iwọn otutu ti o ga julọ ti o n ṣe awọn ohun elo amọ YBCO ati pave awọn ọna si awọn ohun elo tuntun ni awọn ẹrọ optoelectronic gẹgẹbi aṣawari ina palolo iyara ati aṣawari photon ẹyọkan.
Awọn adanwo ipa fọtovoltaic ni a ṣe lori apẹẹrẹ seramiki YBCO ti sisanra 0.52 mm ati 8.64 × 2.26 mm2 apẹrẹ onigun ati itanna nipasẹ igbi bulu lesa ti nlọsiwaju (λ = 450 nm) pẹlu iwọn iranran laser ti 1.25 mm ni radius. Lilo olopobobo kuku ju apẹẹrẹ fiimu tinrin jẹ ki a ṣe iwadi awọn ohun-ini fọtovoltaic ti superconductor laisi nini lati koju ipa eka ti substrate6,7. Pẹlupẹlu, ohun elo olopobobo le jẹ itunu fun ilana igbaradi ti o rọrun ati idiyele kekere. Awọn okun waya asiwaju Ejò ti wa ni isomọ lori apẹẹrẹ YBCO pẹlu lẹẹ fadaka ti o n ṣe awọn amọna elekitirodi mẹrin ni iwọn 1 mm ni iwọn ila opin. Awọn aaye laarin awọn meji foliteji amọna jẹ nipa 5 mm. Awọn abuda IV ti ayẹwo ni a wọn ni lilo magnetometer ayẹwo gbigbọn (VersaLab, Apẹrẹ kuatomu) pẹlu ferese kristali quartz kan. Standard oni-waya ọna ti a oojọ ti lati gba IV ekoro. Awọn ipo ibatan ti awọn amọna ati aaye ina lesa ni a fihan ni aworan 1i.
Bii o ṣe le tọka nkan yii: Yang, F. et al. Oti ti ipa fọtovoltaic ni superconducting YBa2Cu3O6.96 awọn ohun elo amọ. Sci. Aṣoju 5, 11504; doi: 10.1038 / srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Symmetry-eewọ lesa-induced voltages ni YBa2Cu3O7. Phys. Ìṣí B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Oti ti ami ifihan fọtovoltaic anomalous ni Y-Ba-Cu-O. Phys. Ìṣí B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Idiwọn ti lesa-induced voltages ti superconducting Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Ìṣí B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Awọn foliteji-induced lesa igba diẹ ninu awọn fiimu iwọn otutu yara ti YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Phys. Ọdun 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Anomalous photovoltaic esi ni YBa2Cu3O7. Phys. Ìṣí B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Photogenerated Iho abẹrẹ ti ngbe si YBa2Cu3O7-x ni ohun oxide heterostructure. App. Phys. Lett. Ọdun 85, 2950-2952 (2004).
Asakura, D. et al. Photoemission iwadi ti YBa2Cu3Oy tinrin fiimu labẹ ina itanna. Phys. Alufa Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Ipa fọtovoltaic ti YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3: Nb heterojunction annealed ni oriṣiriṣi titẹ apa kan atẹgun. Mater. Lett. 130, 51-53 (2014).
Aminov, BA et al. Ẹya Alafo Meji ni Yb (Y) Ba2Cu3O7-x awọn kirisita ẹyọkan. J. Supercond. Ọdun 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Quasiparticle isinmi dainamiki ni superconductors pẹlu o yatọ si aafo ẹya: Ilana ati adanwo lori YBa2Cu3O7-δ. Phys. Ìṣí B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Awọn ohun-ini atunṣe ti YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3: Nb heterojunction. App. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Excitonic absorption and superconductivity in YBa2Cu3O7-δ . Phys. Alufa Lett. Ọdun 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stuky, G. Iṣeduro ifasilẹ fọto ti o kọja ni semiconducting awọn kirisita ẹyọkan ti YBa2Cu3O6.3: wa fun ipo irin ti fọtoinduced ati fun superconductivity photoinduced. Ri to State Commun. Ọdun 72, 345–349 (1989).
McMillan, Awoṣe Tunneling WL ti ipa isunmọtosi superconducting. Phys. Osọ. 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Superconducting isunmọtosi ipa probed lori kan mesoscopic ipari asekale. Phys. Alufa Lett. 77, 3025-3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Ipa isunmọtosi pẹlu superconductors noncentrosymmetric. Phys. Osọ B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Ipa isunmọtosi superconducting ni awọn ẹya arabara Pb-Bi2Te3. Sci. Aṣoju 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL A titun silikoni pn ipade photocell fun iyipada Ìtọjú oorun sinu agbara itanna. J. App. Phys. Ọdun 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Awọn ipa aimọ lori gigun isọdọkan superconducting ni Zn- tabi Ni-doped YBa2Cu3O6.9 awọn kirisita ẹyọkan. Phys. Ìṣí B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Magnetoresistance ti Untwinned YBa2Cu3Oy kirisita ẹyọkan ni ọpọlọpọ awọn doping: igbẹkẹle iho-doping anomalous ti ipari isọdọkan. Phys. Alufa Lett. Ọdun 88, ọdun 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Systematics ni agbara thermoelectric ti giga-T, oxides. Phys. Ìṣí B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Gbigbe-iwuwo-ti o gbẹkẹle iṣipopada iyara ti oke isọpọ ati ipo phonon LO ni awọn alabojuto giga-Tc iru p. Phys. Osọ B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Idinku iho ati ikojọpọ itanna ni awọn fiimu tinrin YBa2Cu3Oy nipa lilo ilana elekitirokemika: Ẹri fun ipo onirin iru n. Phys. Ifiweranṣẹ B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Awọn fisiksi ati kemistri ti Schottky idena iga. App. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Ipa ti Yiyipo Ita bata Breaking ni Superconducting Films. Phys. Alufa Lett. Ọdun 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Photoinduced imudara ti superconductivity. App. Phys. Lett. 60, 2159-2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Aworan afọwọṣe igbagbogbo ni awọn fiimu YBa2Cu3O6+ x gẹgẹbi ọna ti fọtodoping si awọn ipele ti irin ati ti o gaju. Phys. Ìṣí B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Aiyipada lattice alailẹgbẹ gẹgẹbi ipilẹ fun imudara superconductivity ni YBa2Cu3O6.5. Iseda 516, 71-74 (2014).
Fausti, D. et al. Superconductivity ti o fa ina ni ife-paṣẹ adikala kan. Imọ 331, 189-191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Igbẹkẹle iṣẹ ṣiṣe iwọn otutu ti VOC fun sẹẹli oorun ni ibatan si ọna ṣiṣe tuntun rẹ. Desalination 209, 91-96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Awọn ipa iwọn otutu ni awọn sẹẹli oorun silikoni Schottky-barrier. App. Phys. Lett. Ọdun 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Igbẹkẹle iwọn otutu fun awọn ipilẹ ẹrọ fọtovoltaic ti awọn sẹẹli oorun polymer-fullerene labẹ awọn ipo iṣẹ. J. Appl. Phys. 90, 5343-5350 (2002).
Iṣẹ yii ti ni atilẹyin nipasẹ National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60571063), Awọn Iṣẹ Iwadi Ipilẹ ti Henan Province, China (Grant No. 122300410231).
FY kọ ọrọ ti iwe naa ati MYH pese apẹrẹ seramiki YBCO. FY ati MYH ṣe idanwo naa ati ṣe itupalẹ awọn abajade. FGC ṣe itọsọna iṣẹ akanṣe ati itumọ imọ-jinlẹ ti data naa. Gbogbo awọn onkọwe ṣe atunyẹwo iwe afọwọkọ naa.
Iṣẹ yii wa ni iwe-aṣẹ labẹ Iwe-aṣẹ Itọkasi Creative Commons 4.0 International. Awọn aworan tabi awọn ohun elo ẹnikẹta miiran ninu nkan yii wa ninu iwe-aṣẹ Creative Commons ti nkan naa, ayafi ti itọkasi bibẹẹkọ ni laini kirẹditi; ti ohun elo naa ko ba si labẹ iwe-aṣẹ Creative Commons, awọn olumulo yoo nilo lati gba igbanilaaye lati ọdọ ẹniti o ni iwe-aṣẹ lati ṣe ẹda ohun elo naa. Lati wo ẹda iwe-aṣẹ yii, ṣabẹwo http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Oti ti ipa fọtovoltaic ni superconducting YBa2Cu3O6.96 awọn ohun elo amọ. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Nipa fifi ọrọ silẹ o gba lati faramọ Awọn ofin ati Awọn Itọsọna Agbegbe wa. Ti o ba ri nkan ti o ni ilokulo tabi ti ko ni ibamu pẹlu awọn ofin tabi awọn ilana wa jọwọ fi ami si bi ko bojumu.
Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu Kẹrin Ọjọ 22-2020