Misaotra anao nitsidika ny nature.com. Mampiasa dikan-tranonkala misy fanohanana voafetra ho an'ny CSS ianao. Mba hahazoana traikefa tsara indrindra, dia manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur vaovao kokoa (na vonoy ny fomba mifanaraka amin'ny Internet Explorer). Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, dia asehonay tsy misy styles sy JavaScript ny tranonkala.
Mitatitra vokatra photovoltaic miavaka ao amin'ny seramika YBa2Cu3O6.96 (YBCO) eo anelanelan'ny 50 sy 300 K vokatry ny hazavana laser manga izahay, izay mifandray mivantana amin'ny superconductivity an'ny YBCO sy ny fifandraisan'ny elektroda metaly YBCO. Misy fiovan'ny polarity ho an'ny voltase circuit misokatra Voc sy ny courant circuit fohy Isc rehefa mandalo fifindrana avy amin'ny superconducting mankany amin'ny toetry ny resistive ny YBCO. Asehonay fa misy potential elektrika manerana ny fifandraisan'ny metaly superconductor-normal, izay manome ny hery fisarahana ho an'ny mpivady elektrôna-lavaka photo-induced. Ity potential interface ity dia mitarika avy amin'ny YBCO mankany amin'ny elektroda metaly rehefa superconducting ny YBCO ary miova amin'ny lalana mifanohitra rehefa lasa tsy superconducting ny YBCO. Ny niandohan'ny potential dia mety mifandray mora foana amin'ny vokatry ny akaiky eo amin'ny fifandraisan'ny metaly-superconductor rehefa superconducting ny YBCO ary tombanana ho ~10–8 mV amin'ny 50 K miaraka amin'ny hamafin'ny laser 502 mW/cm2 ny sandany. Ny fampifangaroana akora karazana-p YBCO amin'ny toetra mahazatra sy akora karazana-n Ag-paste dia mamorona fifandraisana quasi-pn izay tompon'andraikitra amin'ny fitondran-tenan'ny seramika YBCO amin'ny mari-pana avo. Ny zavatra hitanay dia mety hanokatra lalana ho an'ny fampiharana vaovao ny fitaovana photon-elektronika ary hanazava bebe kokoa ny fiantraikan'ny akaiky eo amin'ny fifandraisan'ny superconductor-metaly.
Efa nisy tatitra momba ny voltazy vokatry ny hazavana ao amin'ireo superconducteur amin'ny mari-pana avo lenta tamin'ny fiandohan'ny taona 1990 ary nodinihina lalina hatramin'izay, nefa mbola tsy voafaritra ny toetrany sy ny mekanismany1,2,3,4,5. Ny sarimihetsika manify YBa2Cu3O7-δ (YBCO)6,7,8, indrindra indrindra, dia nodinihina fatratra amin'ny endrika sela photovoltaic (PV) noho ny elanelan'ny angovo azo amboarina9,10,11,12,13. Na izany aza, ny fanoherana avo lenta amin'ny substrate dia mitarika hatrany amin'ny fahombiazan'ny fiovam-po ambany amin'ny fitaovana ary manafina ny toetran'ny PV voalohany amin'ny YBCO8. Eto izahay dia mitatitra ny fiantraikany photovoltaic miavaka ateraky ny hazavana laser manga (λ = 450 nm) ao amin'ny seramika YBa2Cu3O6.96 (YBCO) eo anelanelan'ny 50 sy 300 K (Tc ~ 90 K). Asehonay fa ny fiantraikan'ny PV dia mifandray mivantana amin'ny superconductivity an'ny YBCO sy ny toetran'ny interface electrode metaly YBCO. Misy fiovan'ny polarité ho an'ny voltazy misokatra Voc sy ny courant court circuit Isc rehefa mandalo fiovana avy amin'ny dingana superconducting mankany amin'ny toetry ny resistive ny YBCO. Voalaza fa misy potential electrical manerana ny interface metaly superconductor-normal, izay manome ny hery fisarahana ho an'ny pairs electron-hole photo-induced. Ity potential interface ity dia mitarika avy amin'ny YBCO mankany amin'ny electrode metaly rehefa superconducting ny YBCO ary miova amin'ny lalana mifanohitra rehefa lasa tsy superconducting ny santionany. Ny niandohan'ny potential dia mety mifandray amin'ny vokatry ny proximity14,15,16,17 eo amin'ny interface metaly-superconductor rehefa superconducting ny YBCO ary tombanana ho ~10−8 mV amin'ny 50 K miaraka amin'ny hamafin'ny laser 502 mW/cm2 ny sandany. Ny fitambaran'ny fitaovana karazana-p YBCO amin'ny toetry ny normal sy ny fitaovana karazana-n Ag-paste dia mamorona, azo inoana indrindra, quasi-pn junction izay tompon'andraikitra amin'ny fitondran-tenan'ny PV amin'ny seramika YBCO amin'ny mari-pana avo. Ny fandinihanay dia manazava bebe kokoa ny niandohan'ny fiantraikan'ny PV amin'ny seramika YBCO izay mitarika herinaratra amin'ny mari-pana avo ary manokatra ny lalana ho an'ny fampiharana azy amin'ny fitaovana optoelektronika toy ny mpitsikilo hazavana passive haingana sns.
Ny Sary 1a–c dia mampiseho ny toetran'ny IV an'ny santionany seramika YBCO amin'ny 50 K. Raha tsy misy hazavana mamiratra, dia mijanona amin'ny aotra ny voltase manerana ny santionany miaraka amin'ny fiovan'ny courant, araka ny azo antenaina avy amin'ny fitaovana superconducteur. Miseho ny fiantraikan'ny photovoltaic miharihary rehefa alefa any amin'ny cathode ny taratra laser (Sary 1a): ny fiolahana IV mifanitsy amin'ny axe I dia mihetsika midina miaraka amin'ny fitomboan'ny hamafin'ny laser. Miharihary fa misy voltase photo-induced ratsy na dia tsy misy courant aza (matetika antsoina hoe voltase circuit open Voc). Ny fiolahana aotra amin'ny fiolahana IV dia manondro fa mbola superconducteur eo ambany hazavana laser ny santionany.
(a–c) sy 300 K (e–g). Ny sandan'ny V(I) dia azo tamin'ny famindrana ny courant avy amin'ny −10 mA mankany amin'ny +10 mA ao anaty banga. Ampahany amin'ny angon-drakitra fanandramana ihany no aseho mba ho mazava kokoa. a, Toetran'ny courant-voltage an'ny YBCO refesina amin'ny laser spot napetraka eo amin'ny cathode (i). Ny fiolahana IV rehetra dia tsipika mahitsy mitsivalana izay midika fa mbola superconducting amin'ny taratra laser ny santionany. Midina miaraka amin'ny fitomboan'ny hamafin'ny laser ny fiolahana, izay midika fa misy potentiel ratsy (Voc) eo anelanelan'ny tariby voltage roa na dia aotra courant aza. Tsy miova ny fiolahana IV rehefa alefa eo afovoan'ny santionany amin'ny ether 50 K (b) na 300 K (f) ny laser. Miakatra ny tsipika mitsivalana rehefa hazavaina ny anode (c). Aseho ao amin'ny d ny modely skematika momba ny fifandraisan'ny metaly-superconductor amin'ny 50 K. Ny toetran'ny courant-voltage amin'ny toetry ny ara-dalàna YBCO amin'ny 300 K refesina amin'ny taratra laser manondro ny cathode sy anode dia omena ao amin'ny e sy g tsirairay avy. Mifanohitra amin'ny vokatra amin'ny 50 K, ny fiolahana tsy aotra amin'ny tsipika mahitsy dia manondro fa ao anatin'ny toetry ny ara-dalàna ny YBCO; miovaova arakaraka ny hamafin'ny hazavana amin'ny lalana mifanohitra ny sandan'ny Voc, izay manondro fomba fisarahan'ny fiampangana hafa. Ny rafitra interface mety hitranga amin'ny 300 K dia aseho amin'ny hj Ny sary tena izy amin'ny santionany miaraka amin'ny tariby.
Ny YBCO manankarena oksizenina ao anatin'ny toetry ny superconducting dia afaka mandray saika ny tara-masoandro manontolo noho ny elanelan'ny angovo kely dia kely (Eg)9,10, ka mamorona mpivady elektrôna-lavaka (e–h). Mba hamokarana voltase misokatra Voc amin'ny alàlan'ny fidiran'ny photons, dia ilaina ny manasaraka ara-toerana ny mpivady eh vokarin'ny sary alohan'ny hisian'ny recombination18. Ny Voc ratsy, raha oharina amin'ny cathode sy anode araka ny aseho amin'ny Sary 1i, dia manondro fa misy hery elektrika manerana ny fifandraisan'ny metaly-superconductor, izay mamily ny elektrôna mankany amin'ny anode ary ny lavaka mankany amin'ny cathode. Raha izany no izy, dia tokony hisy ihany koa ny teboka mety avy amin'ny superconductor mankany amin'ny electrode metaly ao amin'ny anode. Vokatr'izany, dia ho azo ny Voc tsara raha hazavaina ny faritra santionany akaikin'ny anode. Ankoatra izany, tsy tokony hisy voltase vokatry ny sary rehefa manondro faritra lavitra ny electrodes ny teboka laser. Izany tokoa no izy araka ny hita amin'ny Sary 1b,c!.
Rehefa mifindra avy amin'ny elektroda katôda mankany afovoan'ny santionany (eo amin'ny 1.25 mm eo ho eo ny elanelan'ny interfaces) ny teboka hazavana, dia tsy misy fiovaovan'ny fiolahana IV ary tsy misy Voc hita rehefa mitombo ny hamafin'ny laser mankany amin'ny sanda ambony indrindra azo ampiasaina (Sary 1b). Mazava ho azy fa azo lazaina fa vokatry ny androm-piainan'ireo mpitatitra taratra vokatry ny hazavana sy ny tsy fisian'ny hery fisarahana ao amin'ny santionany io vokatra io. Azo atao ny mamorona mpivady lavaka elektrôna isaky ny hazavaina ny santionany, fa ny ankamaroan'ny mpivady e-h dia ho fongana ary tsy misy fiantraikany photovoltaic hita raha mianjera amin'ny faritra lavitra ny iray amin'ireo elektroda ny teboka laser. Rehefa mamindra ny teboka laser mankany amin'ny elektroda anoda, dia mihetsika miakatra miaraka amin'ny hamafin'ny laser mitombo ny fiolahana IV mifanitsy amin'ny axe I (Sary 1c). Misy sehatra elektrika mitovy amin'izany ao amin'ny fifandraisan'ny metaly-superconductor eo amin'ny anoda. Na izany aza, mifandray amin'ny tariby tsara amin'ny rafitra fitsapana amin'ity indray mitoraka ity ny elektroda metaly. Atosika mankany amin'ny tariby anoda ny lavaka vokarin'ny laser ary noho izany dia hita ny Voc tsara. Ny valiny aseho eto dia manome porofo matanjaka fa tena misy tokoa ny mety ho fifandraisana manomboka amin'ny superconducteur mankany amin'ny electrode metaly.
Aseho amin'ny Sary 1e–g ny fiantraikan'ny photovoltaic amin'ny seramika YBa2Cu3O6.96 amin'ny 300 K. Raha tsy misy hazavana, ny fiolahana IV amin'ny santionany dia tsipika mahitsy miampita ny fiandohana. Mihetsika miakatra mifanitsy amin'ny tsipika voalohany ity tsipika mahitsy ity miaraka amin'ny fitomboan'ny hamafin'ny laser amin'ny tariby katôda (Sary 1e). Misy tranga roa mametra ny mahaliana ho an'ny fitaovana photovoltaic. Mitranga ny toe-javatra court-circuit rehefa V = 0. Ny courant amin'ity tranga ity dia antsoina hoe courant court-circuit (Isc). Ny tranga faharoa mametra dia ny toe-javatra open-circuit (Voc) izay mitranga rehefa R→∞ na aotra ny courant. Asehon'ny Sary 1e mazava tsara fa tsara ny Voc ary mitombo miaraka amin'ny fitomboan'ny hamafin'ny hazavana, mifanohitra amin'ny vokatra azo amin'ny 50 K; raha toa kosa ka mitombo ny Isc ratsy miaraka amin'ny hazavana, fihetsika mahazatra amin'ny sela masoandro mahazatra.
Toy izany koa, rehefa mitodika any amin'ny faritra lavitra ny elektrôda ny taratra laser, dia tsy miankina amin'ny hamafin'ny laser ny fiolahana V(I) ary tsy misy fiantraikany photovoltaic miseho (Sary 1f). Mitovy amin'ny fandrefesana amin'ny 50 K, dia mihetsika amin'ny lalana mifanohitra ny fiolahana IV rehefa taratra ny elektrôda anoda (Sary 1g). Ireo vokatra rehetra azo avy amin'ity rafitra paty YBCO-Ag amin'ny 300 K ity miaraka amin'ny taratra laser amin'ny toerana samihafa amin'ny santionany dia mifanaraka amin'ny mety ho interface mifanohitra amin'izay hita amin'ny 50 K.
Ny ankamaroan'ny elektrôna dia miangona ao amin'ny mpivady Cooper ao amin'ny YBCO superconductor ambanin'ny mari-pana tetezamita Tc. Raha ao amin'ny elektrôda metaly kosa, dia mijanona amin'ny endrika tokana ny elektrôna rehetra. Misy gradient hakitroky lehibe ho an'ny elektrôna tokana sy ny mpivady Cooper eo akaikin'ny fifandraisan'ny metaly-superconductor. Ny elektrôna tokana mpitondra maro an'isa ao amin'ny fitaovana metaly dia hiparitaka ao amin'ny faritra superconductor, raha toa kosa ny mpivady Cooper mpitondra maro an'isa ao amin'ny faritra YBCO dia hiparitaka ao amin'ny faritra metaly. Rehefa miangona avy amin'ny YBCO mankany amin'ny faritra metaly ny mpivady Cooper mitondra fiampangana bebe kokoa ary manana fivezivezena lehibe kokoa noho ny elektrôna tokana, dia mijanona ny atôma misy fiampangana tsara, ka miteraka saha elektrika ao amin'ny faritra fiampangana habakabaka. Ny lalana izoran'ity saha elektrika ity dia aseho amin'ny kisarisary skematika Sary 1d. Ny hazavana photon miditra akaikin'ny faritra fiampangana habakabaka dia afaka mamorona mpivady eh izay hisaraka sy ho voafafa ka hamokatra courant photocourant amin'ny lalana mivadika. Raha vao mivoaka ny saha elektrika namboarina ny elektrôna, dia miangona ho tsiroaroa izy ireo ary mikoriana mankany amin'ny elektrôda hafa tsy misy fanoherana. Amin'ity tranga ity, ny Voc dia mifanohitra amin'ny polarité efa napetraka mialoha ary mampiseho sanda ratsy rehefa manondro ny faritra manodidina ny electrode ratsy ny taratra laser. Avy amin'ny sandan'ny Voc, dia azo tombanana ny potential manerana ny interface: ny elanelana misy eo amin'ny tariby voltazy roa d dia ~5 × 10−3 m, ny hatevin'ny interface metaly-superconductor, di, dia tokony hitovy amin'ny halavan'ny coherence an'ny superconductor YBCO (~1 nm)19,20, raiso ny sandan'ny Voc = 0.03 mV, ny potential Vms eo amin'ny interface metaly-superconductor dia tombanana ho ~10−11 V amin'ny 50 K miaraka amin'ny hamafin'ny laser 502 mW/cm2, amin'ny fampiasana ny equation,
Tianay hasongadina eto fa ny voltazy vokatry ny hazavana dia tsy azo hazavaina amin'ny alalan'ny fiantraikan'ny hazavana. Voaporofo tamin'ny alalan'ny fanandramana fa ny coefficient Seebeck an'ny superconductor YBCO dia Ss = 021. Ny coefficient Seebeck ho an'ny tariby varahina dia ao anatin'ny elanelan'ny SCu = 0.34–1.15 μV/K3. Ny mari-pana amin'ny tariby varahina eo amin'ny toerana misy ny laser dia azo atsangana kely amin'ny 0.06 K miaraka amin'ny hamafin'ny laser ambony indrindra azo ampiasaina amin'ny 50 K. Izany dia mety hamokatra potentiel thermoelectric 6.9 × 10−8 V izay telo baiko kely kokoa noho ny Voc azo amin'ny Sary 1 (a). Miharihary fa kely loatra ny fiantraikan'ny thermoelectric ka tsy ahafahana manazava ny valin'ny fanandramana. Raha ny marina, ny fiovaovan'ny mari-pana vokatry ny taratra laser dia hanjavona ao anatin'ny latsaky ny iray minitra ka azo tsinontsinoavina soa aman-tsara ny fandraisan'anjaran'ny fiantraikan'ny hafanana.
Ity fiantraikan'ny YBCO amin'ny mari-pana ao amin'ny efitrano ity dia mampiseho fa misy fomba fisarahana fiampangana hafa tafiditra eto. Ny YBCO superconducting amin'ny toetry ny ara-dalàna dia fitaovana karazana-p misy lavaka ho mpitondra fiampangana22,23, raha toa kosa ny paty Ag metaly dia manana toetran'ny fitaovana karazana-n. Mitovy amin'ny fifandraisana pn, ny fiparitahan'ny elektrôna ao amin'ny paty volafotsy sy ny lavaka ao amin'ny seramika YBCO dia hamorona sehatra elektrika anatiny manondro ny seramika YBCO eo amin'ny interface (Sary 1h). Io sehatra anatiny io no manome ny hery fisarahana ary mitarika ho amin'ny Voc tsara sy Isc ratsy ho an'ny rafitra paty YBCO-Ag amin'ny mari-pana ao amin'ny efitrano, araka ny aseho amin'ny Sary 1e. Raha tsy izany, ny Ag-YBCO dia mety hamorona fifandraisana Schottky karazana-p izay mitarika ihany koa amin'ny mety hisian'ny interface miaraka amin'ny polarity mitovy amin'ny modely aseho etsy ambony24.
Mba handinihana ny dingana amin'ny antsipiriany momba ny fivoaran'ny toetran'ny photovoltaic mandritra ny fifindran'ny superconducteur an'ny YBCO, dia norefesina tamin'ny alalan'ny hamafin'ny laser voafantina izay manazava amin'ny elektroda katôda ny fiolahana IV an'ny santionany amin'ny 80 K (Sary 2). Raha tsy misy taratra laser, dia mijanona amin'ny aotra ny voltase manerana ny santionany na inona na inona ny courant, izay manondro ny toetry ny superconducteur an'ny santionany amin'ny 80 K (Sary 2a). Mitovy amin'ny angon-drakitra azo tamin'ny 50 K, ny fiolahana IV mifanitsy amin'ny axe I dia mihetsika midina miaraka amin'ny hamafin'ny laser mitombo mandra-pahatongan'ny sanda manan-danja Pc. Ambonin'io hamafin'ny laser manan-danja io (Pc), dia mandalo fifindrana avy amin'ny dingana superconducteur mankany amin'ny dingana resistive ny superconductor; manomboka mitombo miaraka amin'ny courant ny voltase noho ny fisian'ny fanoherana ao amin'ny superconductor. Vokatr'izany, manomboka mifanena amin'ny axe I sy ny axe V ny fiolahana IV ka miteraka Voc ratsy sy Isc tsara amin'ny voalohany. Ankehitriny dia toa ao anatin'ny toe-javatra manokana ny santionany izay tena mora tohina amin'ny hamafin'ny hazavana ny polarity an'ny Voc sy Isc; Miaraka amin'ny fitomboana kely dia kely amin'ny hamafin'ny hazavana, ny Isc dia miova avy amin'ny tsara ho ratsy ary ny Voc avy amin'ny ratsy ho tsara, mandalo ny fiaviana (ny fahatsapana avo lenta amin'ny toetran'ny photovoltaic, indrindra ny sandan'ny Isc, amin'ny hazavan'ny hazavana dia hita mazava kokoa amin'ny Sary 2b). Amin'ny hamafin'ny laser avo indrindra azo ampiasaina, ny fiolahana IV dia mikendry ny hitovy amin'ny tsirairay, izay midika fa ara-dalàna ny santionany YBCO.
Ny foiben'ny teboka laser dia napetraka manodidina ny elektroda katôda (jereo ny Sary 1i). a, Fiolahana IV an'ny YBCO notarafina tamin'ny hamafin'ny laser samihafa. b (ambony), Fiankinan'ny hamafin'ny laser amin'ny voltase circuit misokatra Voc sy ny courant circuit fohy Isc. Tsy azo ny sandan'ny Isc amin'ny hamafin'ny hazavana ambany (< 110 mW/cm2) satria mifanitsy amin'ny axe I ny fiolahana IV rehefa ao anatin'ny toetry ny superconducting ny santionany. b (ambany), fanoherana samihafa ho toy ny fiasan'ny hamafin'ny laser.
Aseho amin'ny Sary 2b (ambony) ny fiankinan'ny Voc sy Isc amin'ny hamafin'ny laser. Azo resahina amin'ny faritra telo misy hamafin'ny hazavana ny toetran'ny photovoltaic. Ny faritra voalohany dia eo anelanelan'ny 0 sy Pc, izay i YBCO dia superconducteur, ratsy ny Voc ary mihena (mitombo ny sandany tanteraka) miaraka amin'ny hamafin'ny hazavana ary mahatratra ny kely indrindra amin'ny Pc. Ny faritra faharoa dia avy amin'ny Pc mankany amin'ny hamafin'ny fanakianana hafa P0, izay mitombo ny Voc raha mihena kosa ny Isc miaraka amin'ny fitomboan'ny hamafin'ny hazavana ary samy mahatratra aotra amin'ny P0. Ny faritra fahatelo dia ambonin'ny P0 mandra-pahatongan'ny toetry ny YBCO ara-dalàna. Na dia samy miovaova arakaraky ny hamafin'ny hazavana aza ny Voc sy Isc toy ny amin'ny faritra 2, dia manana polarité mifanohitra ambonin'ny hamafin'ny fanakianana P0 izy ireo. Ny maha-zava-dehibe ny P0 dia ny tsy fisian'ny fiantraikan'ny photovoltaic ary miova ara-kalitao ny mekanisma fisarahana fiampangana amin'io teboka io. Lasa tsy superconducteur ny santionany YBCO amin'io elanelan'ny hamafin'ny hazavana io saingy mbola tsy tratra ny toetry ny ara-dalàna.
Mazava ho azy fa mifandray akaiky amin'ny superconductivity an'ny YBCO sy ny fiovany superconductivity ny toetran'ny photovoltaic an'ny rafitra. Ny fanoherana ny fahasamihafana, dV/dI, an'ny YBCO dia aseho amin'ny Sary 2b (ambany) ho toy ny fiasan'ny hamafin'ny laser. Araka ny voalaza teo aloha, ny hery elektrika ao amin'ny interface noho ny teboka diffusion Cooper pair avy amin'ny superconductor mankany amin'ny metaly. Mitovy amin'ny hita amin'ny 50 K, ny fiantraikan'ny photovoltaic dia mihamitombo miaraka amin'ny fitomboan'ny hamafin'ny laser avy amin'ny 0 ka hatramin'ny Pc. Rehefa mahatratra sanda kely ambonin'ny Pc ny hamafin'ny laser, dia manomboka mitongilana ny curve IV ary manomboka miseho ny fanoherana ny santionany, saingy mbola tsy miova ny polarity an'ny potentiel interface. Ny fiantraikan'ny excitation optika amin'ny superconductivity dia nodinihina tao amin'ny faritra hita maso na akaikin'ny IR. Na dia ny dingana fototra aza dia ny manapaka ny Cooper pairs sy manimba ny superconductivity25,26, amin'ny tranga sasany dia azo hatsaraina ny fiovan'ny superconductivity27,28,29, dia azo atao mihitsy aza ny miteraka dingana vaovao amin'ny superconductivity30. Ny tsy fisian'ny superconductivity ao amin'ny Pc dia azo lazaina fa vokatry ny fahatapahan'ny mpivady vokatry ny hazavana. Eo amin'ny teboka P0, ny hery manerana ny interface dia lasa aotra, izay midika fa ny hakitroky ny fiampangana amin'ny andaniny roa amin'ny interface dia mahatratra ny ambaratonga mitovy eo ambanin'io hamafin'ny hazavana manokana io. Ny fitomboan'ny hamafin'ny laser dia miteraka mpivady Cooper maro kokoa ho potika ary ny YBCO dia miova tsikelikely ho fitaovana karazana-p. Raha tokony ho ny diffusion elektrôna sy ny mpivady Cooper, ny toetran'ny interface dia voafaritry ny diffusion elektrôna sy ny lavaka izay mitarika ho amin'ny fiovan'ny polarity amin'ny sehatry ny herinaratra ao amin'ny interface ary vokatr'izany dia Voc tsara (ampitahao amin'ny Sary 1d, h). Amin'ny hamafin'ny laser avo dia avo, ny fanoherana ny YBCO dia mahavoky amin'ny sanda mifanaraka amin'ny toetry ny mahazatra ary samy miovaova lineary amin'ny hamafin'ny laser ny Voc sy Isc (Sary 2b). Ity fandinihana ity dia mampiseho fa ny taratra laser amin'ny toetry ny mahazatra YBCO dia tsy hanova intsony ny resistivity sy ny toetran'ny interface superconductor-metal fa hampitombo fotsiny ny fifantohan'ny mpivady elektrôna-lavaka.
Mba handinihana ny fiantraikan'ny mari-pana amin'ny toetran'ny photovoltaic, dia notarafina tamin'ny laser manga manana hamafin'ny 502 mW/cm2 teo amin'ny cathode ny rafitra metaly-superconductor. Ny fiolahana IV azo amin'ny mari-pana voafantina eo anelanelan'ny 50 sy 300 K dia omena amin'ny Sary 3a. Ny voltase circuit misokatra Voc, ny courant circuit fohy Isc ary ny fanoherana ny fahasamihafana dia azo avy amin'ireo fiolahana IV ireo ary aseho amin'ny Sary 3b. Raha tsy misy hazavana, ny fiolahana IV rehetra refesina amin'ny mari-pana samihafa dia mandalo ny fiaviana araka ny nantenaina (ampahany amin'ny Sary 3a). Miova be ny toetran'ny IV miaraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana rehefa hazavain'ny taratra laser matanjaka kokoa ny rafitra (502 mW/cm2). Amin'ny mari-pana ambany, ny fiolahana IV dia tsipika mahitsy mifanitsy amin'ny axe I miaraka amin'ny sanda ratsy amin'ny Voc. Mihetsika miakatra miaraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana ity fiolahana ity ary mivadika tsikelikely ho tsipika misy tehezan-tendrombohitra tsy aotra amin'ny mari-pana mitsikera Tcp (Sary 3a (ambony)). Toa mihodina manodidina ny teboka iray ao amin'ny quadrant fahatelo ny fiolahana toetran'ny IV rehetra. Mitombo avy amin'ny sanda ratsy mankany amin'ny tsara ny Voc raha mihena avy amin'ny sanda tsara mankany amin'ny ratsy kosa ny Isc. Ambonin'ny mari-pana tetezamita Tc tany am-boalohany an'ny YBCO, miova amin'ny fomba hafa ny fiolahana IV miaraka amin'ny mari-pana (ambany amin'ny Sary 3a). Voalohany, mifindra mankany amin'ny quadrant voalohany ny foiben'ny fihodinan'ny fiolahana IV. Faharoa, mihena hatrany ny Voc ary mitombo ny Isc miaraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana (ambony amin'ny Sary 3b). Fahatelo, mitombo ara-dalàna ny fiolahana amin'ny fiolahana IV miaraka amin'ny mari-pana ka miteraka coefficient fanoherana ny mari-pana ho an'ny YBCO (ambany amin'ny Sary 3b).
Fiankinan'ny toetran'ny photovoltaic amin'ny mari-pana ho an'ny rafitra paty YBCO-Ag eo ambanin'ny hazavana laser 502 mW/cm2.
Ny foiben'ny teboka laser dia napetraka manodidina ny elektroda katôda (jereo ny Sary 1i). a, fiolahana IV azo avy amin'ny 50 ka hatramin'ny 90 K (ambony) ary avy amin'ny 100 ka hatramin'ny 300 K (ambany) miaraka amin'ny fitomboan'ny mari-pana 5 K sy 20 K, tsirairay avy. Ny sary kely a dia mampiseho ny toetran'ny IV amin'ny mari-pana maromaro ao anaty haizina. Ny fiolahana rehetra dia miampita ny teboka niaviana. b, voltase circuit misokatra Voc sy courant circuit fohy Isc (ambony) ary ny fanoherana samihafa, dV/dI, an'ny YBCO (ambany) ho toy ny fiasan'ny mari-pana. Ny mari-pana tetezamita superconducting fanoherana aotra Tcp dia tsy omena satria akaiky loatra ny Tc0.
Azo fantarina amin'ny Sary 3b ny mari-pana telo tena ilaina: Tcp, izay mahatonga ny YBCO tsy ho superconducteur; Tc0, izay mahatonga ny Voc sy Isc ho aotra ary Tc, ny mari-pana tetezamita superconducteur voalohany an'ny YBCO tsy misy taratra laser. Ambanin'ny Tcp ~ 55 K, ny YBCO notarafin'ny laser dia ao anatin'ny toetry ny superconducteur miaraka amin'ny fifantohana avo lenta amin'ny Cooper pairs. Ny vokatry ny taratra laser dia ny fampihenana ny mari-pana tetezamita superconducteur fanoherana aotra avy amin'ny 89 K ho ~ 55 K (eo ambanin'ny Sary 3b) amin'ny alàlan'ny fampihenana ny fifantohana amin'ny Cooper pair ankoatra ny famokarana voltase sy courant photovoltaic. Ny fiakaran'ny mari-pana dia manimba ny Cooper pairs ihany koa ka miteraka potential ambany kokoa ao amin'ny interface. Vokatr'izany, ny sandan'ny Voc tanteraka dia hihena, na dia ampiharina aza ny hamafin'ny taratra laser mitovy. Ny potential interface dia hihena hatrany miaraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana bebe kokoa ary hahatratra aotra amin'ny Tc0. Tsy misy fiantraikany photovoltaic amin'ity teboka manokana ity satria tsy misy saha anatiny hanasarahana ny electron-hole pairs vokatry ny photo. Mitranga ambonin'io mari-pana mitsikera io ny fiovan'ny potentiel amin'ny potentiel satria lehibe kokoa ny hakitroky ny fiampangana malalaka ao amin'ny paty Ag noho ny ao amin'ny YBCO izay averina tsikelikely amin'ny fitaovana karazana-p. Eto izahay dia te-hanamafy fa ny fiovan'ny potentiel an'ny Voc sy Isc dia mitranga avy hatrany aorian'ny fifindran'ny superconducteur amin'ny fanoherana zero, na inona na inona antony mahatonga ny fifindrana. Ity fandinihana ity dia mampiseho mazava tsara, voalohany indrindra, ny fifandraisana misy eo amin'ny superconductivity sy ny vokatry ny photovoltaic mifandraika amin'ny potentiel interface metaly-superconductor. Ny toetran'io potentiel io manerana ny interface metaly superconductor-normal dia efa ifantohan'ny fikarohana nandritra ny am-polony taona maro lasa izay saingy mbola misy fanontaniana maro miandry valiny. Ny fandrefesana ny vokatry ny photovoltaic dia mety ho fomba mahomby handinihana ny antsipiriany (toy ny heriny sy ny polarity sns.) amin'ity potentiel manan-danja ity ary noho izany dia manazava ny vokatry ny superconducteur akaiky amin'ny mari-pana avo.
Ny fiakaran'ny mari-pana avy amin'ny Tc0 mankany amin'ny Tc dia mitarika ho amin'ny fifantohana kely kokoa amin'ny mpivady Cooper sy ny fitomboan'ny potentiel interface ary vokatr'izany dia lehibe kokoa ny Voc. Amin'ny Tc dia lasa aotra ny fifantohana amin'ny mpivady Cooper ary mahatratra ny fara-tampony ny potentiel build-in eo amin'ny interface, ka miteraka Voc ambony indrindra sy Isc ambany indrindra. Ny fitomboana haingana ny Voc sy Isc (sanda tanteraka) amin'ity mari-pana ity dia mifanaraka amin'ny tetezamita superconducting izay mivelatra avy amin'ny ΔT ~ 3 K mankany ~ 34 K amin'ny alàlan'ny taratra laser amin'ny hamafin'ny 502 mW/cm2 (Sary 3b). Amin'ny toe-javatra ara-dalàna ambonin'ny Tc, ny voltase open circuit Voc dia mihena miaraka amin'ny mari-pana (tampon'ny Sary 3b), mitovy amin'ny fitondran-tena linear an'ny Voc ho an'ny sela masoandro ara-dalàna mifototra amin'ny pn junctions31,32,33. Na dia kely kokoa noho ny an'ny sela masoandro ara-dalàna aza ny tahan'ny fiovan'ny Voc miaraka amin'ny mari-pana (−dVoc/dT), izay miankina betsaka amin'ny hamafin'ny laser, ny coefficient mari-pana an'ny Voc ho an'ny YBCO-Ag junction dia mitovy amin'ny an'ny sela masoandro. Mitombo miaraka amin'ny fiakaran'ny mari-pana ny fikorianan'ny herinaratra avy amin'ny fifandraisana pn ho an'ny fitaovana sela masoandro mahazatra, ka mitarika amin'ny fihenan'ny Voc rehefa miakatra ny mari-pana. Ny fiolahana IV linear hita ho an'ity rafitra Ag-superconductor ity, voalohany indrindra noho ny potentiel interface kely dia kely ary faharoa ny fifandraisana mifanesy eo amin'ny heterojunctions roa, dia mahatonga ny famaritana ny fikorianan'ny herinaratra. Na izany aza, dia azo inoana fa ny fiankinan-doha amin'ny fikorianan'ny herinaratra amin'ny mari-pana mitovy no tompon'andraikitra amin'ny fitondran-tenan'ny Voc hita tamin'ny andrana nataonay. Araka ny famaritana, ny Isc dia ny fikorianan'ny herinaratra ilaina hamokarana voltazy ratsy mba hanonerana ny Voc ka ho aotra ny voltazy manontolo. Rehefa mitombo ny mari-pana, dia mihena ny Voc ka tsy dia ilaina ny fikorianan'ny herinaratra mba hamokarana ny voltazy ratsy. Ankoatra izany, mitombo lineary miaraka amin'ny mari-pana ambonin'ny Tc ny fanoheran'ny YBCO (ambany amin'ny Sary 3b), izay mandray anjara amin'ny sanda absolute kely kokoa an'ny Isc amin'ny mari-pana avo.
Mariho fa ny valiny omena ao amin'ny Sary 2,3 dia azo amin'ny alalan'ny taratra laser eo amin'ny faritra manodidina ny elektroda katôda. Naverina ihany koa ny fandrefesana tamin'ny toerana laser napetraka teo amin'ny anoda ary hita ny toetra IV mitovy sy ny toetra photovoltaic afa-tsy ny hoe nivadika ny polarity an'ny Voc sy Isc amin'ity tranga ity. Ireo angon-drakitra rehetra ireo dia mitarika ho amin'ny mekanisma ho an'ny vokatry ny photovoltaic, izay mifandray akaiky amin'ny interface superconductor-metal.
Raha fintinina, ny toetran'ny IV amin'ny rafitra paty YBCO-Ag superconducting irradiated laser dia norefesina ho toy ny fiasan'ny mari-pana sy ny hamafin'ny laser. Hita fa misy fiantraikany photovoltaic miavaka amin'ny mari-pana eo anelanelan'ny 50 sy 300 K. Hita fa mifandray akaiky amin'ny superconductivity an'ny seramika YBCO ny toetran'ny photovoltaic. Mitranga avy hatrany ny fiovan'ny polarity an'ny Voc sy Isc aorian'ny fiovan'ny superconducting photo-induced mankany amin'ny tsy superconducting. Ny fiankinan'ny Voc sy Isc amin'ny mari-pana refesina amin'ny hamafin'ny laser raikitra dia mampiseho fiovana polarity miavaka amin'ny mari-pana mitsikera izay mahatonga ny santionany ho resistive. Amin'ny fametrahana ny teboka laser amin'ny faritra samihafa amin'ny santionany, dia asehonay fa misy potential elektrika manerana ny interface, izay manome ny hery fisarahana ho an'ny pairs electron-hole photo-induced. Ity potential interface ity dia mitarika avy amin'ny YBCO mankany amin'ny electrode metaly rehefa superconducting ny YBCO ary miova amin'ny lalana mifanohitra rehefa lasa tsy superconducting ny santionany. Ny niandohan'ny mety ho azo atao dia mety mifandray amin'ny fiantraikan'ny akaiky eo amin'ny fifandraisan'ny metaly sy ny superconducteur rehefa superconducteur ny YBCO ary tombanana ho ~10−8 mV amin'ny 50 K miaraka amin'ny hamafin'ny laser 502 mW/cm2. Ny fifandraisan'ny fitaovana karazana-p YBCO amin'ny toetry ny ara-dalàna amin'ny fitaovana karazana-n Ag-paste dia mamorona quasi-pn junction izay tompon'andraikitra amin'ny fitondran-tenan'ny photovoltaic amin'ny seramika YBCO amin'ny mari-pana avo. Ireo fandinihana etsy ambony ireo dia manazava ny fiantraikan'ny PV amin'ny seramika YBCO superconducteur amin'ny mari-pana avo ary manokatra lalana ho an'ny fampiharana vaovao amin'ny fitaovana optoelektronika toy ny mpitsikilo hazavana passive haingana sy ny mpitsikilo photon tokana.
Ny andrana momba ny fiantraikan'ny photovoltaic dia natao tamin'ny santionany seramika YBCO misy hatevina 0.52 mm ary endrika mahitsizoro 8.64 × 2.26 mm2 ary nohazavain'ny laser manga mitohy (λ = 450 nm) miaraka amin'ny haben'ny teboka laser 1.25 mm ny radius. Ny fampiasana santionany betsaka fa tsy santionany sarimihetsika manify dia ahafahantsika mandalina ny toetran'ny photovoltaic an'ny superconductor tsy mila miatrika ny fiantraikan'ny substrate6,7. Ankoatra izany, ny akora betsaka dia mety ho tsara amin'ny fomba fanomanana tsotra sy ny vidiny mirary. Ny tariby varahina dia mifamatotra amin'ny santionany YBCO miaraka amin'ny paty volafotsy ka mamorona elektroda boribory efatra eo amin'ny 1 mm eo ho eo ny savaivony. Ny elanelana misy eo amin'ny elektroda voltazy roa dia eo amin'ny 5 mm eo ho eo. Ny toetran'ny IV an'ny santionany dia norefesina tamin'ny fampiasana ny magnetometer santionany vibration (VersaLab, Quantum Design) miaraka amin'ny varavarankely kristaly quartz. Nampiasaina ny fomba mahazatra misy tariby efatra mba hahazoana ny fiolahana IV. Ny toerana misy ny elektroda sy ny teboka laser dia aseho amin'ny Sary 1i.
Ahoana no fomba hanonona ity lahatsoratra ity: Yang, F. et al. Ny niandohan'ny fiantraikan'ny photovoltaic amin'ny seramika YBa2Cu3O6.96 superconducting. Sci. Rep. 5, 11504; doi: 10.1038/srep11504 (2015).
Chang, CL, Kleinhammes, A., Moulton, WG & Testardi, LR Voltazy vokatry ny laser voarara tsy mifanaraka amin'ny fifandanjana ao amin'ny YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 41, 11564–11567 (1990).
Kwok, HS, Zheng, JP & Dong, SY Fiandohan'ny famantarana photovoltaic tsy mahazatra ao amin'ny Y-Ba-Cu-O. Phys. Rev. B 43, 6270–6272 (1991).
Wang, LP, Lin, JL, Feng, QR & Wang, GW Fandrefesana ny voltazy ateraky ny laser amin'ny superconducteur Bi-Sr-Ca-Cu-O. Phys. Rev. B 46, 5773–5776 (1992).
Tate, KL, et al. Voltazy mihelina ateraky ny laser ao amin'ny sarimihetsika YBa2Cu3O7-x amin'ny mari-pana ao an-trano. J. Appl. Phys. 67, 4375–4376 (1990).
Kwok, HS & Zheng, JP Valinteny photovoltaic tsy mahazatra ao amin'ny YBa2Cu3O7. Phys. Rev. B 46, 3692–3695 (1992).
Muraoka, Y., Muramatsu, T., Yamaura, J. & Hiroi, Z. Fampidirana mpitatitra lavaka novokarin'ny taratra amin'ny YBa2Cu3O7−x ao anaty rafitra heterostra oksida. Appl. Phys. Lett. 85, 2950–2952 (2004).
Asakura, D. et al. Fandinihana ny famoahana hazavana amin'ny alalan'ny "photoemission" amin'ny sarimihetsika manify YBa2Cu3Oy eo ambanin'ny hazavana. Phys. Rev. Lett. 93, 247006 (2004).
Yang, F. et al. Fiantraikan'ny fotovoltaika amin'ny YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction izay nafanaina tamin'ny tsindry ampahany oksizenina samihafa. Mater. Lett. 130, 51–53 (2014).
Aminov, BA et al. Rafitra roa-banga ao amin'ny kristaly tokana Yb(Y)Ba2Cu3O7-x. J. Supercond. 7, 361–365 (1994).
Kabanov, VV, Demsar, J., Podobnik, B. & Mihailovic, D. Dinamika fialan-tsasatry ny quasiparticle ao amin'ny superconductors misy rafitra elanelana samihafa: Teoria sy fanandramana amin'ny YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. B 59, 1497–1506 (1999).
Sun, JR, Xiong, CM, Zhang, YZ & Shen, BG Toetra fanitsiana ny YBa2Cu3O7-δ/SrTiO3 :Nb heterojunction. Appl. Phys. Lett. 87, 222501 (2005).
Kamarás, K., Porter, CD, Doss, MG, Herr, SL & Tanner, DB Fidiran'ny eksitonika sy ny fitarihana mahery vaika ao amin'ny YBa2Cu3O7-δ. Phys. Rev. Lett. 59, 919–922 (1987).
Yu, G., Heeger, AJ & Stucky, G. Fitarihana hazavana vetivety ao amin'ny kristaly tokana semiconductor an'ny YBa2Cu3O6.3: fikarohana ny toetry ny metaly photoinduced sy ny superconductivity photoinduced. Solid State Commun. 72, 345–349 (1989).
McMillan, WL Modely fandalovan'ny herinaratra amin'ny fiantraikan'ny fifandraisana akaiky amin'ny superconducteur. Phys. Rev. 175, 537–542 (1968).
Guéron, S. et al. Ny fiantraikan'ny akaiky ny superconducting nodinihina tamin'ny mizana halavana mesoscopic. Phys. Rev. Lett. 77, 3025–3028 (1996).
Annunziata, G. & Manske, D. Vokatry ny akaiky amin'ny superconductors tsy centrosymmetric. Phys. Rev. B 86, 17514 (2012).
Qu, FM et al. Fiantraikany matanjaka amin'ny fifandraisana akaiky amin'ny superconducteur amin'ny rafitra hybride Pb-Bi2Te3. Sci. Rep. 2, 339 (2012).
Chapin, DM, Fuller, CS & Pearson, GL Sela fotosin'ny fifandraisan'ny silikônina pn vaovao ho an'ny fanovana ny taratra masoandro ho herinaratra. J. App. Phys. 25, 676–677 (1954).
Tomimoto, K. Fiantraikan'ny fahalotoana eo amin'ny halavan'ny fifandanjan'ny superconducting ao amin'ny kristaly tokana YBa2Cu3O6.9 nopetahana Zn- na Ni. Phys. Rev. B 60, 114–117 (1999).
Ando, Y. & Segawa, K. Fanoherana ny andriamby amin'ny kristaly tokana YBa2Cu3Oy tsy kambana amin'ny karazana doping isan-karazany: fiankinan-doha amin'ny halavan'ny coherence amin'ny doping lavaka tsy mahazatra. Phys. Rev. Lett. 88, 167005 (2002).
Obertelli, SD & Cooper, JR Rafitra momba ny hery thermoelektrika an'ny oksida T avo lenta. Phys. Rev. B 46, 14928–14931, (1992).
Sugai, S. et al. Fiovan'ny hery miasa mangina miankina amin'ny hakitroky ny mpitatitra sy ny fomba phonon LO ao amin'ny superconducteur Tc avo lenta karazana-p. Phys. Rev. B 68, 184504 (2003).
Nojima, T. et al. Fampihenana ny lavaka sy ny fanangonan-elektronika ao amin'ny sarimihetsika manify YBa2Cu3Oy mampiasa teknika elektrokimia: Porofo ho an'ny toetry ny metaly karazana-n. Phys. Rev. B 84, 020502 (2011).
Tung, RT Ny fizika sy simia amin'ny haavon'ny sakana Schottky. Appl. Phys. Lett. 1, 011304 (2014).
Sai-Halasz, GA, Chi, CC, Denenstein, A. & Langenberg, DN Fiantraikan'ny fahatapahan'ny mpivady ivelany dinamika amin'ny sarimihetsika superconducting. Phys. Rev. Lett. 33, 215–219 (1974).
Nieva, G. et al. Fanamafisana ny superconductivity vokatry ny photoinduced. Appl. Phys. Lett. 60, 2159–2161 (1992).
Kudinov, VI et al. Fitondran-tena maharitra amin'ny alalan'ny hazavana ao amin'ny sarimihetsika YBa2Cu3O6+x ho fomba iray amin'ny fanaovana "photodoping" manoloana ny dingana metaly sy ny "superconducting". Phys. Rev. B 14, 9017–9028 (1993).
Mankowsky, R. et al. Dinamika tambajotra tsy lineary ho fototry ny superconductivity nohatsaraina ao amin'ny YBa2Cu3O6.5. Nature 516, 71–74 (2014).
Fausti, D. et al. Fitarihana herinaratra mahery vaika vokatry ny hazavana ao anaty kaopy voalamina araka ny tsipika. Science 331, 189–191 (2011).
El-Adawi, MK & Al-Nuaim, IA Ny fiankinan'ny VOC amin'ny mari-pana ho an'ny sela masoandro mifandraika amin'ny fahombiazany fomba fiasa vaovao. Fanalana sira 209, 91–96 (2007).
Vernon, SM & Anderson, WA Fiantraikan'ny mari-pana ao amin'ny sela masoandro silikônina Schottky-barrier. Appl. Phys. Lett. 26, 707 (1975).
Katz, EA, Faiman, D. & Tuladhar, SM Fiankinan-doha amin'ny mari-pana ho an'ny masontsivana fitaovana photovoltaic an'ny sela masoandro polymer-fullerene amin'ny fepetra fiasana. J. Appl. Phys. 90, 5343–5350 (2002).
Ity asa ity dia notohanan'ny National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60571063), ny Fundamental Research Projects of Henan Province, China (Grant No. 122300410231).
I FY no nanoratra ny lahatsoratry ny taratasy ary i MYH no nanomana ny santionany seramika YBCO. I FY sy MYH no nanao ny andrana ary nandinika ny valiny. I FGC no nitarika ny tetikasa sy ny fandikana ara-tsiansa ny angon-drakitra. Nojeren'ireo mpanoratra rehetra ny sora-tanana.
Ity asa ity dia nahazoana alalana avy amin'ny Creative Commons Attribution 4.0 International License. Ny sary na fitaovana hafa avy amin'ny antoko fahatelo ato amin'ity lahatsoratra ity dia tafiditra ao amin'ny lisansa Creative Commons an'ny lahatsoratra, raha tsy misy voalaza manokana ao amin'ny tsipika fanomezan-dàlana; raha tsy tafiditra ao anatin'ny lisansa Creative Commons ny fitaovana, dia mila mahazo alalana avy amin'ny tompon'ny fahazoan-dàlana ny mpampiasa mba hamerenana ny fitaovana. Raha hijery ny dika mitovy amin'ity fahazoan-dàlana ity, tsidiho ny http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Yang, F., Han, M. & Chang, F. Fiandohan'ny fiantraikan'ny photovoltaic amin'ny seramika YBa2Cu3O6.96 superconducting. Sci Rep 5, 11504 (2015). https://doi.org/10.1038/srep11504
Amin'ny fandefasana fanehoan-kevitra dia manaiky ny hanaraka ny fepetra sy ny torolàlana ho an'ny vondrom-piarahamonina ianao. Raha mahita zavatra manevateva na tsy mifanaraka amin'ny fepetra na torolalanay ianao dia mariho fa tsy mety izany.
Fotoana fandefasana: 22 Aprily 2020