Новое устройство может стать основой для фотоэлектрических устройств с магнитным управлением

Аккумулятор FIAMM 12FGL100

Ученые из Японии разработали устройство, которое позволяет управлять магнитным полем с помощью тока магнитной индукции в объёмном фотоэлектрическом эффекте (BPVE) — явлении, которое пока не используется в коммерческих солнечных батареях. Это исследование открывает потенциальный путь к регулированию фототока в фотоэлектрических устройствах нового поколения.

Исследователи из Университета Киото в Японии разработали искусственное гетероструктурное устройство, которое позволяет управлять магнитным полем в BPVE, потенциально устраняя основные препятствия для его использования в коммерческих солнечных батареях.

BPVE — это явление, при котором материал генерирует прямой электрический ток при освещении, даже без традиционного p-n перехода или гетероперехода. В отличие от обычного фотоэлектрического эффекта, BPVE возникает в однофазных однородных материалах, в которых отсутствует инверсия симметрии.

«Другой ток возникает, когда нарушается симметрия обращения времени, то есть симметрия физических законов при обращении течения времени вспять, — объяснили учёные. — Поскольку симметрия обращения времени нарушается в магнитных материалах, ожидается, что в магнитных системах возникнут новые эффекты, связанные с BPVE, но многие аспекты этих систем остаются необъяснёнными как теоретически, так и экспериментально».

Помня об этом, они создали гетероструктурное устройство ван-дер-ваальсового (vdW) типа, объединяющее однослойный двумерный полупроводник на основе дисульфида молибдена (MoS₂) и магнитный слоистый материал на основе тиофосфата хрома (CrPS₄). Конфигурация разработана таким образом, чтобы имитировать нарушение пространственной и временной симметрии.

Монослой MoS₂ и многослойный CrPS₄ были механически отделены от объёмных монокристаллов. Затем монослой MoS₂ был нанесён на CrPS₄ методом сухого переноса.

«Искусственные гетероструктуры Ван-дер-Ваальса (vdW), созданные путём наложения двумерных материалов, приводят к появлению периодичности в кристаллических структурах, таких как суперрешётка Молье, и открывают нам новые возможности для управления P-симметрией на их гетерограницах», — заявили учёные, отметив, что именно P-симметрия создаёт электронный «сдвиг» с нарушением баланса, который генерирует спонтанный фототок в условиях BPVE.

Ученые использовали внешнее магнитное поле для измерения вольт-амперных характеристик устройства при освещении, изменяя температуру и направление вращения. Они наблюдали конечный фототок, который менялся в зависимости от внешнего магнитного поля при температуре ниже точки Нееля — точки, при которой меняется поведение намагниченности антиферромагнитного материала.

Результаты показали, что магнитным током в устройстве можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, что исследователи назвали прорывом в области BPVE.

«Наше исследование показало, что пространственная и временная симметрия может гибко контролироваться с помощью искусственных структур, обеспечивая различные оптические реакции и генерацию тока, которые ранее не наблюдались, — сказал исследователь Кадзунари Мацуда. — Это может привести к появлению новых применений не только в солнечных батареях, но и в таких технологиях, как оптические датчики, спинтроника и устройства для сбора энергии».