Sinugdanan sa photovoltaic nga epekto sa superconducting nga YBa2Cu3O6.96 nga mga seramiko

Salamat sa pagbisita sa nature.com. Naggamit ka og bersyon sa browser nga limitado ang suporta para sa CSS. Aron makuha ang pinakamaayong kasinatian, among girekomendar nga mogamit ka og mas updated nga browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Samtang, aron masiguro ang padayon nga suporta, among gipakita ang site nga walay styles ug JavaScript.

Among gitaho ang talagsaong photovoltaic effect sa YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ceramic tali sa 50 ug 300 K nga gipahinabo sa blue-laser illumination, nga direktang may kalabutan sa superconductivity sa YBCO ug sa YBCO-metallic electrode interface. Adunay polarity reversal para sa open circuit voltage nga Voc ug short circuit current nga Isc kung ang YBCO moagi sa transisyon gikan sa superconducting ngadto sa resistive state. Gipakita namo nga adunay electrical potential tabok sa superconductor-normal metal interface, nga naghatag sa separation force para sa photo-induced electron-hole pairs. Kini nga interface potential modirekta gikan sa YBCO ngadto sa metal electrode kung ang YBCO kay superconducting ug mobalhin sa atbang nga direksyon kung ang YBCO mahimong nonsuperconducting. Ang gigikanan sa potential mahimong dali nga nalangkit sa proximity effect sa metal-superconductor interface kung ang YBCO kay superconducting ug ang bili niini gibanabana nga ~10–8 mV sa 50 K nga adunay laser intensity nga 502 mW/cm2. Ang kombinasyon sa usa ka p-type nga materyal nga YBCO sa normal nga estado uban sa usa ka n-type nga materyal nga Ag-paste nagporma og quasi-pn junction nga responsable sa photovoltaic nga kinaiya sa mga YBCO ceramics sa taas nga temperatura. Ang among mga nahibal-an mahimong magbukas sa dalan alang sa mga bag-ong aplikasyon sa mga photon-electronic device ug maghatag dugang kahayag sa proximity effect sa superconductor-metal interface.

Ang photo-induced voltage sa mga high temperature superconductor gitaho na sa sayong bahin sa 1990s ug gisusi pag-ayo sukad niadto, apan ang kinaiya ug mekanismo niini nagpabilin nga wala matino1,2,3,4,5. Ang YBa2Cu3O7-δ (YBCO) thin films6,7,8, ilabi na, gitun-an pag-ayo sa porma sa photovoltaic (PV) cell tungod sa adjustable energy gap niini9,10,11,12,13. Bisan pa, ang taas nga resistensya sa substrate kanunay nga mosangpot sa ubos nga conversion efficiency sa device ug nagtabon sa pangunang PV properties sa YBCO8. Dinhi among gitaho ang talagsaong photovoltaic effect nga gipahinabo sa blue-laser (λ = 450 nm) nga kahayag sa YBa2Cu3O6.96 (YBCO) ceramic tali sa 50 ug 300 K (Tc ~ 90 K). Gipakita namo nga ang PV effect direktang may kalabutan sa superconductivity sa YBCO ug sa kinaiya sa YBCO-metallic electrode interface. Adunay polarity reversal para sa open circuit voltage nga Voc ug short circuit current nga Isc kung ang YBCO moagi sa transisyon gikan sa superconducting phase ngadto sa resistive state. Gisugyot nga adunay electrical potential tabok sa superconductor-normal metal interface, nga naghatag sa separation force para sa photo-induced electron-hole pairs. Kini nga interface potential modirekta gikan sa YBCO ngadto sa metal electrode kung ang YBCO kay superconducting ug mobalhin sa atbang nga direksyon kung ang sample mahimong nonsuperconducting. Ang gigikanan sa potential mahimong natural nga nalangkit sa proximity effect14,15,16,17 sa metal-superconductor interface kung ang YBCO kay superconducting ug ang bili niini gibanabana nga ~10−8 mV sa 50 K nga adunay laser intensity nga 502 mW/cm2. Ang kombinasyon sa usa ka p-type nga materyal nga YBCO sa normal nga estado uban sa usa ka n-type nga materyal nga Ag-paste nagporma, lagmit, og quasi-pn junction nga responsable sa PV behavior sa YBCO ceramics sa taas nga temperatura. Ang among mga obserbasyon naghatag ug dugang kahayag sa gigikanan sa epekto sa PV sa mga high temperature superconducting YBCO ceramics ug nagbukas sa dalan alang sa aplikasyon niini sa mga optoelectronic device sama sa fast passive light detector ug uban pa.

Ang Figure 1a–c nagpakita nga ang IV nga mga kinaiya sa YBCO ceramic sample sa 50 K. Kung walay kahayag, ang boltahe sa sample magpabilin sa zero uban sa nag-usab-usab nga kuryente, sama sa gilauman gikan sa usa ka superconducting nga materyal. Klaro nga photovoltaic nga epekto ang makita kung ang laser beam gitumong sa cathode (Fig. 1a): ang IV curves nga parallel sa I-axis molihok paubos uban ang nagkataas nga intensity sa laser. Klaro nga adunay negatibo nga photo-induced voltage bisan kung walay kuryente (kasagaran gitawag nga open circuit voltage Voc). Ang zero slope sa IV curve nagpakita nga ang sample nag-superconduct gihapon ubos sa kahayag sa laser.

(a–c) ug 300 K (e–g). Ang mga kantidad sa V(I) nakuha pinaagi sa pag-sweep sa kuryente gikan sa −10 mA ngadto sa +10 mA sa vacuum. Bahin lang sa datos sa eksperimento ang gipresentar alang sa katin-awan. a, Mga kinaiya sa kuryente-boltahe sa YBCO nga gisukod gamit ang laser spot nga gibutang sa cathode (i). Ang tanan nga IV curves mga pinahigda nga tul-id nga linya nga nagpakita nga ang sample nag-superconduct gihapon gamit ang laser irradiation. Ang kurba molihok paubos uban ang pagtaas sa intensity sa laser, nga nagpakita nga adunay negatibo nga potensyal (Voc) taliwala sa duha ka voltage lead bisan pa sa zero nga kuryente. Ang IV curves magpabilin nga wala mausab kung ang laser gitumong sa sentro sa sample sa ether 50 K (b) o 300 K (f). Ang pinahigda nga linya molihok pataas samtang ang anode masanagan (c). Usa ka eskematiko nga modelo sa metal-superconductor junction sa 50 K gipakita sa d. Ang mga kinaiya sa kuryente-boltahe sa normal nga estado nga YBCO sa 300 K nga gisukod gamit ang laser beam nga gitudlo sa cathode ug anode gihatag sa e ug g matag usa. Sukwahi sa mga resulta sa 50 K, ang dili-zero nga bakilid sa tul-id nga mga linya nagpakita nga ang YBCO naa sa normal nga estado; ang mga kantidad sa Voc managlahi uban sa intensidad sa kahayag sa atbang nga direksyon, nga nagpakita sa lahi nga mekanismo sa pagbulag sa karga. Ang posible nga istruktura sa interface sa 300 K gipakita sa hj Ang tinuod nga hulagway sa sample nga adunay mga lead.

Ang YBCO nga daghan og oksiheno sa superconducting state makasuhop sa halos tibuok spectrum sa kahayag sa adlaw tungod sa gamay kaayong energy gap niini (Eg)9,10, sa ingon makamugna og electron-hole pairs (e–h). Aron makahimo og open circuit voltage nga Voc pinaagi sa pagsuhop sa mga photon, kinahanglan nga ibulag ang mga photo-generated eh pairs sa dili pa mahitabo ang recombination18. Ang negatibo nga Voc, relatibo sa cathode ug anode sama sa gipakita sa Fig. 1i, nagsugyot nga adunay electrical potential tabok sa metal-superconductor interface, nga mosilhig sa mga electron ngadto sa anode ug mga lungag ngadto sa cathode. Kung mao kini ang kaso, kinahanglan usab nga adunay potential nga nagtudlo gikan sa superconductor ngadto sa metal electrode sa anode. Tungod niini, usa ka positibo nga Voc ang makuha kung ang sample area duol sa anode masanagan. Dugang pa, kinahanglan nga walay photo-induced voltages kung ang laser spot gitudlo sa mga lugar nga layo sa mga electrodes. Kini siguradong mao ang kaso sama sa makita sa Fig. 1b,c!.

Kung ang light spot mobalhin gikan sa cathode electrode ngadto sa sentro sa sample (mga 1.25 mm ang gilay-on gikan sa mga interface), walay kalainan sa IV curves ug walay Voc nga maobserbahan uban sa pagtaas sa laser intensity ngadto sa pinakataas nga kantidad nga magamit (Fig. 1b). Natural lang, kini nga resulta mahimong ikapasangil sa limitado nga kinabuhi sa mga photo-induced carriers ug sa kakulang sa separation force sa sample. Ang mga electron-hole pairs mahimong mamugna bisan kanus-a ang sample masanagan, apan kadaghanan sa mga e-h pairs malaglag ug walay photovoltaic effect nga maobserbahan kung ang laser spot mahulog sa mga lugar nga layo sa bisan hain sa mga electrodes. Sa pagbalhin sa laser spot ngadto sa anode electrodes, ang IV curves nga parallel sa I-axis mobalhin pataas uban sa pagtaas sa laser intensity (Fig. 1c). Susama nga built-in electrical field ang anaa sa metal-superconductor junction sa anode. Bisan pa, ang metallic electrode konektado sa positive lead sa test system niining higayona. Ang mga lungag nga gihimo sa laser giduso ngadto sa anode lead ug busa usa ka positibo nga Voc ang maobserbahan. Ang mga resulta nga gipresentar dinhi naghatag ug lig-on nga ebidensya nga adunay tinuod nga interface potential nga nagtudlo gikan sa superconductor ngadto sa metal nga electrode.

Ang epekto sa photovoltaic sa mga seramiko nga YBa2Cu3O6.96 sa 300 K gipakita sa Fig. 1e–g. Kung walay kahayag, ang IV curve sa sample usa ka tul-id nga linya nga nagtabok sa gigikanan. Kini nga tul-id nga linya molihok pataas nga parallel sa orihinal nga linya nga adunay nagkataas nga intensity sa laser nga nag-irradiate sa mga cathode leads (Fig. 1e). Adunay duha ka limiting case nga makapainteres alang sa usa ka photovoltaic device. Ang short-circuit condition mahitabo kung ang V = 0. Ang current niini nga kaso gitawag nga short circuit current (Isc). Ang ikaduha nga limiting case mao ang open-circuit condition (Voc) nga mahitabo kung ang R→∞ o ang current kay zero. Klaro nga gipakita sa Figure 1e nga ang Voc positibo ug motaas uban sa nagkataas nga intensity sa kahayag, sukwahi sa resulta nga nakuha sa 50 K; samtang ang negatibo nga Isc naobserbahan nga motaas ang magnitude uban sa kahayag, usa ka tipikal nga pamatasan sa normal nga solar cells.

Susama, kon ang laser beam ipunting sa mga lugar nga layo sa mga electrodes, ang V(I) curve independente sa intensity sa laser ug walay photovoltaic effect nga makita (Fig. 1f). Susama sa sukod sa 50 K, ang IV curves molihok sa atbang nga direksyon samtang ang anode electrode gi-irradiate (Fig. 1g). Kining tanan nga mga resulta nga nakuha para niining YBCO-Ag paste system sa 300 K nga adunay laser irradiate sa lain-laing mga posisyon sa sample nahiuyon sa usa ka interface potential nga atbang sa naobserbahan sa 50 K.

Kadaghanan sa mga electron mo-condense sa mga pares sa Cooper sa superconducting YBCO ubos sa transition temperature niini nga Tc. Samtang naa sa metal electrode, ang tanang electron magpabilin sa singular form. Adunay dako nga density gradient para sa singular electrons ug Cooper pairs duol sa metal-superconductor interface. Ang majority-carrier singular electrons sa metallic material mo-diffuse ngadto sa superconductor region, samtang ang majority-carrier Cooper-pairs sa YBCO region mo-diffuse ngadto sa metal region. Samtang ang mga pares sa Cooper nga nagdala og daghang charges ug adunay mas dako nga mobility kaysa singular electrons mo-diffuse gikan sa YBCO ngadto sa metallic region, ang mga positively charged atoms mabilin, nga moresulta sa electric field sa space charge region. Ang direksyon niining electric field gipakita sa schematic diagram Fig. 1d. Ang incident photon illumination duol sa space charge region makamugna og eh pairs nga ibulag ug i-sweep pagawas nga moresulta sa photocurrent sa reverse-bias direction. Sa diha nga ang mga electron makagawas sa build-in electrical field, kini mo-condense ngadto sa mga pares ug moagos ngadto sa pikas electrode nga walay resistensya. Sa kini nga kaso, ang Voc sukwahi sa pre-set polarity ug nagpakita og negatibo nga kantidad kung ang laser beam motudlo sa lugar sa palibot sa negatibo nga electrode. Gikan sa kantidad sa Voc, ang potensyal sa tibuok interface mahimong mabanabana: ang distansya tali sa duha ka voltage lead nga d kay ~5 × 10−3 m, ang gibag-on sa metal-superconductor interface, di, kinahanglan nga parehas og order of magnitude sama sa coherence length sa YBCO superconductor (~1 nm)19,20, kuhaa ang kantidad sa Voc = 0.03 mV, ang potensyal nga Vms sa metal-superconductor interface gi-evaluate nga ~10−11 V sa 50 K nga adunay laser intensity nga 502 mW/cm2, gamit ang equation,

Gusto namong ipasiugda dinhi nga ang photo-induced voltage dili mapasabot sa photo thermal effect. Napamatud-an pinaagi sa eksperimento nga ang Seebeck coefficient sa superconductor YBCO kay Ss = 021. Ang Seebeck coefficient para sa copper lead wires naa sa range nga SCu = 0.34–1.15 μV/K3. Ang temperatura sa copper wire sa laser spot mahimong mapataas sa gamay nga kantidad nga 0.06 K nga adunay maximum laser intensity nga anaa sa 50 K. Kini makahimo og thermoelectric potential nga 6.9 × 10−8 V nga tulo ka order magnitude nga mas gamay kay sa Voc nga nakuha sa Fig 1 (a). Klaro nga ang thermoelectric effect gamay ra kaayo aron ipasabot ang mga resulta sa eksperimento. Sa tinuod lang, ang pagkausab-usab sa temperatura tungod sa laser irradiation mawala sa wala pay usa ka minuto aron ang kontribusyon gikan sa thermal effect luwas nga mabalewala.

Kining photovoltaic nga epekto sa YBCO sa temperatura sa kwarto nagpadayag nga lahi nga mekanismo sa pagbulag sa karga ang nalambigit dinhi. Ang superconducting YBCO sa normal nga estado usa ka p-type nga materyal nga adunay mga lungag isip charge carrier22,23, samtang ang metallic Ag-paste adunay mga kinaiya sa usa ka n-type nga materyal. Sama sa pn junctions, ang pagsabwag sa mga electron sa silver paste ug mga lungag sa YBCO ceramic moporma og internal electrical field nga nagtudlo sa YBCO ceramic sa interface (Fig. 1h). Kini nga internal field ang naghatag sa separation force ug mosangpot sa positibo nga Voc ug negatibo nga Isc para sa YBCO-Ag paste system sa temperatura sa kwarto, sama sa gipakita sa Fig. 1e. Sa laing paagi, ang Ag-YBCO mahimong moporma og p-type Schottky junction nga mosangpot usab sa usa ka interface potential nga adunay parehas nga polarity sama sa modelo nga gipakita sa ibabaw24.

Aron imbestigahan ang detalyado nga proseso sa ebolusyon sa mga kabtangan sa photovoltaic atol sa superconducting transition sa YBCO, ang mga IV curve sa sample sa 80 K gisukod gamit ang pinili nga mga laser intensity nga nagdan-ag sa cathode electrode (Fig. 2). Kung walay laser irradiation, ang boltahe sa sample magpabilin sa zero bisan unsa pa ang current, nga nagpakita sa superconducting state sa sample sa 80 K (Fig. 2a). Sama sa datos nga nakuha sa 50 K, ang mga IV curve nga parallel sa I-axis mobalhin paubos uban ang nagkataas nga laser intensity hangtod nga maabot ang kritikal nga kantidad nga Pc. Labaw niining kritikal nga laser intensity (Pc), ang superconductor moagi sa transisyon gikan sa superconducting phase ngadto sa resistive phase; ang boltahe magsugod sa pagtaas uban sa current tungod sa pagpakita sa resistance sa superconductor. Ingon usa ka resulta, ang IV curve magsugod sa pag-intersect sa I-axis ug V-axis nga mosangpot sa negatibo nga Voc ug positibo nga Isc sa sinugdanan. Karon ang sample daw naa sa usa ka espesyal nga estado diin ang polarity sa Voc ug Isc sensitibo kaayo sa light intensity; nga adunay gamay kaayong pagtaas sa intensity sa kahayag, ang Isc makabig gikan sa positibo ngadto sa negatibo ug ang Voc gikan sa negatibo ngadto sa positibo nga bili, nga moagi sa origin (ang taas nga sensitivity sa photovoltaic properties, ilabi na ang bili sa Isc, sa kahayag makita nga mas klaro sa Fig. 2b). Sa pinakataas nga laser intensity nga magamit, ang IV curves gituyo nga parallel sa usag usa, nga nagpasabot sa normal nga kahimtang sa YBCO sample.

Ang sentro sa laser spot nahimutang palibot sa mga cathode electrodes (tan-awa ang Fig. 1i). a, IV curves sa YBCO nga gi-irradiate sa lain-laing laser intensities. b (ibabaw), Laser intensity dependence sa open circuit voltage nga Voc ug short circuit current nga Isc. Ang mga Isc value dili makuha sa low light intensity (< 110 mW/cm2) tungod kay ang IV curves parallel sa I-axis kung ang sample naa sa superconducting state. b (ubos), differential resistance isip function sa laser intensity.

Ang pagsalig sa laser intensity sa Voc ug Isc sa 80 K gipakita sa Fig. 2b (ibabaw). Ang mga photovoltaic properties mahimong hisgutan sa tulo ka rehiyon sa intensity sa kahayag. Ang unang rehiyon anaa sa taliwala sa 0 ug Pc, diin ang YBCO kay superconducting, ang Voc kay negatibo ug mokunhod (ang absolute value mosaka) uban sa intensity sa kahayag ug moabot sa minimum sa Pc. Ang ikaduhang rehiyon gikan sa Pc ngadto sa laing critical intensity nga P0, diin ang Voc motaas samtang ang Isc mokunhod uban sa pagtaas sa intensity sa kahayag ug pareho nga moabot sa zero sa P0. Ang ikatulo nga rehiyon anaa sa ibabaw sa P0 hangtod nga maabot ang normal nga estado sa YBCO. Bisan tuod ang Voc ug Isc parehong managlahi uban sa intensity sa kahayag sa samang paagi sama sa rehiyon 2, sila adunay magkaatbang nga polarity nga labaw sa critical intensity nga P0. Ang kamahinungdanon sa P0 anaa sa nga walay photovoltaic effect ug ang charge separation mechanism mausab sa qualitatively niining partikular nga punto. Ang YBCO sample mahimong non-superconducting niining range sa intensity sa kahayag apan ang normal nga estado wala pa maabot.

Klaro nga ang mga kinaiya sa photovoltaic sa sistema suod nga nalambigit sa superconductivity sa YBCO ug sa superconducting transition niini. Ang differential resistance, dV/dI, sa YBCO gipakita sa Fig. 2b (ubos) isip function sa laser intensity. Sama sa nahisgotan na kaniadto, ang build-in electric potential sa interface tungod sa Cooper pair diffusion points gikan sa superconductor ngadto sa metal. Susama sa naobserbahan sa 50 K, ang photovoltaic effect molambo uban sa pagtaas sa laser intensity gikan sa 0 ngadto sa Pc. Kung ang laser intensity makaabot sa usa ka bili nga gamay nga labaw sa Pc, ang IV curve magsugod sa pagkiling ug ang resistensya sa sample magsugod sa pagpakita, apan ang polarity sa interface potential wala pa mausab. Ang epekto sa optical excitation sa superconductivity gisusi na sa visible o near-IR region. Samtang ang batakang proseso mao ang pagbungkag sa Cooper pairs ug pagguba sa superconductivity25,26, sa pipila ka mga kaso ang superconductivity transition mahimong mapalambo27,28,29, ang bag-ong mga hugna sa superconductivity mahimo pa gani nga maaghat30. Ang kawalay superconductivity sa Pc mahimong ikapasangil sa pagkabungkag sa photo-induced pair. Sa punto nga P0, ang potensyal sa tibuok interface mahimong zero, nga nagpakita nga ang charge density sa duha ka kilid sa interface moabot sa parehas nga lebel ubos niining partikular nga intensity sa kahayag. Ang dugang nga pagtaas sa intensity sa laser moresulta sa daghang mga Cooper pair nga malaglag ug ang YBCO hinay-hinay nga mabag-o balik sa usa ka p-type nga materyal. Imbis nga electron ug Cooper pair diffusion, ang feature sa interface karon gitino sa electron ug hole diffusion nga mosangpot sa polarity reversal sa electrical field sa interface ug busa usa ka positibo nga Voc (itandi ang Fig.1d,h). Sa taas kaayo nga laser intensity, ang differential resistance sa YBCO mo-saturate sa usa ka bili nga katumbas sa normal nga estado ug ang Voc ug Isc parehong lagmit nga magkalainlain nga linearly uban sa laser intensity (Fig. 2b). Kini nga obserbasyon nagpadayag nga ang laser irradiation sa normal nga estado nga YBCO dili na mag-usab sa resistivity niini ug sa feature sa superconductor-metal interface apan modugang lamang sa konsentrasyon sa mga electron-hole pair.

Aron imbestigahan ang epekto sa temperatura sa mga photovoltaic properties, ang metal-superconductor system gi-irradiate sa cathode gamit ang blue laser nga may intensity nga 502 mW/cm2. Ang mga IV curve nga nakuha sa pinili nga temperatura tali sa 50 ug 300 K gihatag sa Fig. 3a. Ang open circuit voltage nga Voc, short circuit current nga Isc ug ang differential resistance makuha gikan niining mga IV curve ug gipakita sa Fig. 3b. Kung walay kahayag, ang tanang IV curve nga gisukod sa lain-laing temperatura moagi sa origin sama sa gilauman (inset sa Fig. 3a). Ang IV characteristics mausab pag-ayo uban sa pagtaas sa temperatura kung ang sistema gidan-agan sa usa ka medyo kusog nga laser beam (502 mW/cm2). Sa ubos nga temperatura, ang IV curves mga tul-id nga linya nga parallel sa I-axis nga adunay negatibo nga mga kantidad sa Voc. Kini nga kurba molihok pataas uban sa pagtaas sa temperatura ug anam-anam nga mahimong usa ka linya nga adunay nonzero slope sa usa ka kritikal nga temperatura nga Tcp (Fig. 3a (ibabaw)). Murag ang tanang IV characteristic curves nagtuyok sa palibot sa usa ka punto sa ikatulong quadrant. Ang Voc motaas gikan sa negatibo nga kantidad ngadto sa positibo samtang ang Isc mokunhod gikan sa positibo ngadto sa negatibo nga kantidad. Labaw sa orihinal nga superconducting transition temperature nga Tc sa YBCO, ang IV curve mausab nga lahi uban sa temperatura (ubos sa Fig. 3a). Una, ang rotation center sa IV curves mobalhin ngadto sa unang quadrant. Ikaduha, ang Voc padayon nga mokunhod ug ang Isc mosaka uban sa pagtaas sa temperatura (ibabaw sa Fig. 3b). Ikatulo, ang slope sa IV curves motaas nga linear uban sa temperatura nga moresulta sa positibo nga temperature coefficient sa resistance para sa YBCO (ubos sa Fig. 3b).

Pagsalig sa temperatura sa mga kinaiya sa photovoltaic para sa sistema sa YBCO-Ag paste ubos sa 502 mW/cm2 nga kahayag sa laser.

Ang sentro sa laser spot nahimutang palibot sa mga cathode electrodes (tan-awa ang Fig. 1i). a, IV curves nga nakuha gikan sa 50 hangtod 90 K (ibabaw) ug gikan sa 100 hangtod 300 K (ubos) nga adunay pagtaas sa temperatura nga 5 K ug 20 K, matag usa. Ang inset a nagpakita sa mga kinaiya sa IV sa daghang temperatura sa kangitngit. Ang tanan nga mga kurba motabok sa origin point. b, open circuit voltage nga Voc ug short circuit current nga Isc (ibabaw) ug ang differential resistance, dV/dI, sa YBCO (ubos) isip function sa temperatura. Ang zero resistance superconducting transition temperature nga Tcp wala gihatag tungod kay kini duol ra kaayo sa Tc0.

Tulo ka kritikal nga temperatura ang mailhan gikan sa Fig. 3b: Tcp, diin ang YBCO mahimong non-superconducting; Tc0, diin ang Voc ug Isc mahimong zero ug Tc, ang orihinal nga onset superconducting transition temperature sa YBCO nga walay laser irradiation. Ubos sa Tcp ~ 55 K, ang laser irradiated YBCO anaa sa superconducting state nga adunay medyo taas nga konsentrasyon sa Cooper pairs. Ang epekto sa laser irradiation mao ang pagpakunhod sa zero resistance superconducting transition temperature gikan sa 89 K ngadto sa ~55 K (ubos sa Fig. 3b) pinaagi sa pagpakunhod sa konsentrasyon sa Cooper pair dugang pa sa paghimo og photovoltaic voltage ug current. Ang pagtaas sa temperatura makaguba usab sa Cooper pairs nga mosangpot sa mas ubos nga potential sa interface. Tungod niini, ang absolute value sa Voc mahimong mas gamay, bisan kung parehas nga intensity sa laser illumination ang gigamit. Ang interface potential mahimong mas gamay ug mas gamay uban ang dugang nga pagtaas sa temperatura ug moabot sa zero sa Tc0. Walay photovoltaic effect niining espesyal nga punto tungod kay walay internal field nga magbulag sa photo-induced electron-hole pairs. Ang polarity reversal sa potential mahitabo labaw niining kritikal nga temperatura tungod kay ang free charge density sa Ag paste mas dako kay sa YBCO nga hinay-hinay nga gibalhin balik sa usa ka p-type nga materyal. Dinhi gusto namong ipasiugda nga ang polarity reversal sa Voc ug Isc mahitabo dayon human sa zero resistance superconducting transition, bisan unsa pa ang hinungdan sa transition. Kini nga obserbasyon klaro nga nagpadayag, sa unang higayon, sa correlation tali sa superconductivity ug sa photovoltaic effects nga nalangkit sa metal-superconductor interface potential. Ang kinaiya niini nga potential sa tibuok superconductor-normal metal interface usa ka research focus sa miaging pipila ka dekada apan adunay daghang mga pangutana nga naghulat pa nga matubag. Ang pagsukod sa photovoltaic effect mahimong usa ka epektibo nga pamaagi alang sa pagsuhid sa mga detalye (sama sa kusog ug polarity ug uban pa) niining importante nga potensyal ug busa naghatag kahayag sa high temperature superconducting proximity effect.

Ang dugang nga pagtaas sa temperatura gikan sa Tc0 ngadto sa Tc mosangpot sa mas gamay nga konsentrasyon sa mga pares sa Cooper ug usa ka pag-uswag sa potensyal sa interface ug tungod niini mas dako nga Voc. Sa Tc ang konsentrasyon sa pares sa Cooper mahimong zero ug ang build-in potential sa interface moabot sa maximum, nga moresulta sa maximum nga Voc ug minimum nga Isc. Ang paspas nga pagtaas sa Voc ug Isc (absolute value) niining range sa temperatura katumbas sa superconducting transition nga gipalapdan gikan sa ΔT ~ 3 K ngadto sa ~34 K pinaagi sa laser irradiation nga adunay intensity nga 502 mW/cm2 (Fig. 3b). Sa normal nga mga estado sa ibabaw sa Tc, ang open circuit voltage nga Voc mokunhod uban sa temperatura (ibabaw sa Fig. 3b), susama sa linear nga kinaiya sa Voc alang sa normal nga solar cells nga gibase sa pn junctions31,32,33. Bisan tuod ang change rate sa Voc uban sa temperatura (−dVoc/dT), nga kusog nga nagdepende sa intensity sa laser, mas gamay kay sa normal nga solar cells, ang temperature coefficient sa Voc alang sa YBCO-Ag junction adunay parehas nga order of magnitude sama sa solar cells. Ang leakage current sa usa ka pn junction para sa usa ka normal nga solar cell device motaas uban sa pagtaas sa temperatura, nga mosangpot sa pagkunhod sa Voc samtang motaas ang temperatura. Ang linear IV curves nga naobserbahan para niining Ag-superconductor system, una tungod sa gamay kaayo nga interface potential ug ikaduha ang back-to-back connection sa duha ka heterojunctions, nagpalisod sa pagtino sa leakage current. Bisan pa niana, lagmit nga ang parehas nga temperature dependence sa leakage current ang responsable sa Voc behavior nga naobserbahan sa among eksperimento. Sumala sa depinisyon, ang Isc mao ang current nga gikinahanglan aron makahimo og negatibo nga boltahe aron mabayran ang Voc aron ang total nga boltahe mahimong zero. Samtang motaas ang temperatura, ang Voc mogamay mao nga gamay ra ang current nga gikinahanglan aron makahimo og negatibo nga boltahe. Dugang pa, ang resistensya sa YBCO motaas nga linearly uban sa temperatura nga labaw sa Tc (ubos sa Fig. 3b), nga nakatampo usab sa mas gamay nga absolute value sa Isc sa taas nga temperatura.

Matikdi nga ang mga resulta nga gihatag sa Figs 2,3 nakuha pinaagi sa laser irradiating sa lugar palibot sa mga cathode electrodes. Ang mga sukod gisubli usab nga adunay laser spot nga gibutang sa anode ug parehas nga mga kinaiya sa IV ug mga kabtangan sa photovoltaic ang naobserbahan gawas nga ang polarity sa Voc ug Isc nabaliktad niini nga kaso. Kining tanan nga datos nagdala ngadto sa usa ka mekanismo alang sa photovoltaic nga epekto, nga suod nga nalambigit sa superconductor-metal interface.

Sa kinatibuk-an, ang IV nga mga kinaiya sa laser irradiated superconducting YBCO-Ag paste system gisukod isip mga gimbuhaton sa temperatura ug intensity sa laser. Talagsaong photovoltaic nga epekto ang naobserbahan sa temperatura gikan sa 50 hangtod 300 K. Nakaplagan nga ang mga kabtangan sa photovoltaic kusganong nakig-uban sa superconductivity sa YBCO ceramics. Ang polarity reversal sa Voc ug Isc mahitabo dayon human sa photo-induced superconducting ngadto sa non-superconducting transition. Ang pagdepende sa temperatura sa Voc ug Isc nga gisukod sa fixed laser intensity nagpakita usab og lahi nga polarity reversal sa usa ka kritikal nga temperatura diin ang sample mahimong resistive. Pinaagi sa pagbutang sa laser spot sa lain-laing bahin sa sample, among gipakita nga adunay electrical potential tabok sa interface, nga naghatag sa separation force para sa photo-induced electron-hole pairs. Kini nga interface potential modirekta gikan sa YBCO ngadto sa metal electrode kung ang YBCO kay superconducting ug mobalhin sa atbang nga direksyon kung ang sample mahimong non-superconducting. Ang gigikanan sa potensyal mahimong natural nga nalangkit sa epekto sa kaduol sa metal-superconductor interface kung ang YBCO kay superconducting ug gibanabana nga ~10−8 mV sa 50 K nga adunay laser intensity nga 502 mW/cm2. Ang pagkontak sa usa ka p-type nga materyal nga YBCO sa normal nga estado uban sa usa ka n-type nga materyal nga Ag-paste nagporma og quasi-pn junction nga responsable sa photovoltaic nga kinaiya sa YBCO ceramics sa taas nga temperatura. Ang mga obserbasyon sa ibabaw naghatag kahayag sa epekto sa PV sa taas nga temperatura nga superconducting YBCO ceramics ug nagbukas sa dalan ngadto sa mga bag-ong aplikasyon sa mga optoelectronic device sama sa fast passive light detector ug single photon detector.

Ang mga eksperimento sa photovoltaic effect gihimo sa usa ka YBCO ceramic sample nga may gibag-on nga 0.52 mm ug 8.64 × 2.26 mm2 nga rectangular nga porma ug gidan-agan sa continuous wave blue-laser (λ = 450 nm) nga may laser spot size nga 1.25 mm ang radius. Ang paggamit og bulk imbes nga thin film sample makapahimo kanato sa pagtuon sa photovoltaic properties sa superconductor nga dili kinahanglan nga atubangon ang komplikado nga impluwensya sa substrate6,7. Dugang pa, ang bulk material mahimong makatabang tungod sa simple nga pamaagi sa pag-andam ug medyo barato nga gasto. Ang mga copper lead wire gihiusa sa YBCO sample nga adunay silver paste nga nagporma og upat ka circular electrodes nga mga 1 mm ang diametro. Ang distansya tali sa duha ka voltage electrodes mga 5 mm. Ang IV characteristics sa sample gisukod gamit ang vibration sample magnetometer (VersaLab, Quantum Design) nga adunay quartz crystal window. Gigamit ang standard four-wire method aron makuha ang IV curves. Ang relatibong posisyon sa mga electrodes ug ang laser spot gipakita sa Fig. 1i.

Unsaon pagkutlo niini nga artikulo: Yang, F. et al. Sinugdanan sa photovoltaic effect sa superconducting YBa2Cu3O6.96 ceramics. Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).

Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Mga boltahe nga gipahinabo sa laser nga gidili sa symmetry sa YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990).

Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Sinugdanan sa anomalous photovoltaic signal sa Y-Ba-Cu-O. Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991).

Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Pagsukod sa mga boltahe nga gipahinabo sa laser sa superconducting nga Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992).

Tate, KL, et al. Mga temporaryo nga boltahe nga gipahinabo sa laser sa mga pelikula sa temperatura sa kwarto sa YBa2Cu3O7-x. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).

Kwok, HS & Zheng, JP Dili normal nga tubag sa photovoltaic sa YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992).

Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Photogenerated hole carrier injection ngadto sa YBa2Cu3O7−x sa usa ka oxide heterostructure. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).

Asakura, D. et al. Pagtuon sa photoemission sa nipis nga mga pelikula sa YBa2Cu3Oy ubos sa kahayag. Phys. Rev. Lett. 93, 247006 (2004).

Yang, F. et al. Epekto sa photovoltaic sa YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction nga gi-anneal sa lain-laing oxygen partial pressure. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).

Aminov, BA et al. Two-Gap nga istruktura sa Yb(Y)Ba2Cu3O7-x nga mga kristal. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).

Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Dinamika sa pagpahayahay sa Quasiparticle sa mga superconductor nga adunay lain-laing mga istruktura sa gintang: Teorya ug mga eksperimento sa YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999).

Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Mga kabtangan sa pagtul-id sa YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).

Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Excitonic absorption ug superconductivity sa YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. Lett. 59, 919–922 (1987).

Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Transient photoinduced conductivity sa semiconducting single crystals sa YBa2Cu3O6.3: pangitaa ang photoinduced metallic state ug ang photoinduced superconductivity. Solid State Commun. 72, 345–349 (1989).

McMillan, WL Modelo sa tunneling sa epekto sa superconducting proximity. Phys. Rev. 175, 537–542 (1968).

Guéron, S. et al. Epekto sa kaduol sa superconducting nga gisusi sa usa ka mesoscopic length scale. Phys. Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996).

Annunziata, G. & Manske, D. Epekto sa kaduol gamit ang mga nonsentrosymmetric superconductor. Phys. Rev. B 86, 17514 (2012).

Qu, FM et al. Kusog nga epekto sa kaduol sa superconducting sa mga istruktura nga hybrid sa Pb-Bi2Te3. Sci. Rep. 2, 339 (2012).

Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Usa ka bag-ong silicon pn junction photocell para sa pag-convert sa solar radiation ngadto sa electrical power. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).

Tomimoto, K. Mga epekto sa hugaw sa gitas-on sa superconducting coherence sa Zn- o Ni-doped YBa2Cu3O6.9 nga single crystals. Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999).

Ando, ​​Y. & Segawa, K. Magnetoresistance sa Untwinned YBa2Cu3Oy single crystals sa lain-laing klase sa doping: anomalous hole-doping dependence sa coherence length. Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002).

Obertelli, SD & Cooper, JR Sistematika sa thermoelectric nga gahum sa high-T, oxides. Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992).

Sugai, S. et al. Carrier-density-dependent momentum shift sa coherent peak ug sa LO phonon mode sa p-type high-Tc superconductors. Phys. Rev. B 68, 184504 (2003).

Nojima, T. et al. Pagkunhod sa mga lungag ug pagtipon sa elektron sa nipis nga mga pelikula sa YBa2Cu3Oy gamit ang teknik sa electrochemical: Ebidensya alang sa usa ka n-type nga metallic nga estado. Phys. Rev. B 84, 020502 (2011).

Tung, RT Ang pisika ug kemistri sa gitas-on sa Schottky barrier. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).

Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Mga Epekto sa Dynamic External Pair Breaking sa Superconducting Films. Phys. Rev. Lett. 33, 215–219 (1974).

Nieva, G. et al. Pagpalambo sa superconductivity nga gipahinabo sa photo. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).

Kudinov, VI et al. Padayon nga photoconductivity sa mga pelikulang YBa2Cu3O6+x isip pamaagi sa photodoping padulong sa mga hugna sa metal ug superconducting. Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993).

Mankowsky, R. et al. Nonlinear lattice dynamics isip basehan sa gipausbaw nga superconductivity sa YBa2Cu3O6.5. Nature 516, 71–74 (2014).

Fausti, D. et al. Superconductivity nga gipahinabo sa kahayag sa usa ka stripe-ordered cuprate. Science 331, 189–191 (2011).

El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Ang pagdepende sa temperatura sa VOC para sa usa ka solar cell kalabot sa kahusayan niini bag-ong pamaagi. Desalination 209, 91–96 (2007).

Vernon, SM & Anderson, WA Mga epekto sa temperatura sa mga Schottky-barrier silicon solar cells. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).

Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Pagsalig sa temperatura para sa mga parametro sa photovoltaic device sa mga polymer-fullerene solar cell ubos sa mga kondisyon sa pag-operate. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).

Kini nga trabaho gisuportahan sa National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60571063), ang Fundamental Research Projects of Henan Province, China (Grant No. 122300410231).

Si FY ang nagsulat sa teksto sa papel ug si MYH ang nag-andam sa YBCO ceramic sample. Si FY ug MYH ang naghimo sa eksperimento ug nag-analisar sa mga resulta. Si FGC ang nangulo sa proyekto ug sa siyentipikong interpretasyon sa datos. Gisusi sa tanang awtor ang manuskrito.

Kini nga buhat gilisensyahan ubos sa Creative Commons Attribution 4.0 International License. Ang mga imahe o uban pang materyal sa ikatulo nga partido niini nga artikulo gilakip sa lisensya sa Creative Commons sa artikulo, gawas kung gipakita sa lahi sa credit line; kung ang materyal wala gilakip sa lisensya sa Creative Commons, ang mga tiggamit kinahanglan nga makakuha og pagtugot gikan sa naghupot sa lisensya aron kopyahon ang materyal. Aron makita ang kopya niini nga lisensya, bisitaha ang http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Yang, F., Han, M. & Chang, F. Sinugdanan sa photovoltaic nga epekto sa superconducting YBa2Cu3O6.96 nga mga seramiko. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504

Pinaagi sa pagsumite og komento, miuyon ka nga mosunod sa among Mga Termino ug Mga Giya sa Komunidad. Kung makakita ka og butang nga abusado o wala nagsunod sa among mga termino o giya, palihug i-marka kini nga dili angay.