Материалы портала «Научная Россия»

Ученые объяснили природу полезных свойств перовскитов

Ученые объяснили природу полезных свойств перовскитов
Удалось описать характер движения частиц в этом материале, перспективном для строительства солнечных батарей.

Физики из России, Китая, Германии и Франции исследовала характер движения частиц, проводящих ток в перовскитах. Новые данные позволят искать нужный состав этого перспективного материала для солнечных батарей более целенаправленно. Статья об исследовании опубликована в журнале Physics Review B.

Благодаря своему легкому несовершенству перовскиты — имеющие структуру, близкую к идеальной — используются при изготовлении большинства современных высокотемпературных сверхпроводников. Они также позволяют делать гибкие солнечные батареи без использования редкоземельных металлов, что снижает их стоимость и дает возможность производить в больших объемах. Кроме того, для перовскитов характерно очень высокое магнетосопротивление.

Ученые поставили задачу понять, каков механизм проводимости одного из типичных соединений, а именно Pr1-xCaxMnO3. Все его свойства были открыты экспериментально, и мы плохо представляем себе процессы, объясняющие эти феномены. Понять, какие частицы в соединении проводящие, ученым удалось, прикладывая к образцам напряжение разной частоты и замеряя зависимость индуцируемого тока от частоты.

Чтобы не пропустить никаких деталей, они измеряли частотные и температурные зависимости проводимости и диэлектрической проницаемости в очень широком диапазоне частот от 5 до 3000 см-1. Были сняты также спектры при разных температурах — 10-300 К (-263 - 27 °C), для различения схожих, но обусловленных разными механизмами проводимости зависимостей.

Но даже этого оказалось недостаточно, чтобы понять, какие заряды ответственны за протекание электрического тока в данных соединениях. Поэтому ученые сравнили свойства перовскитов с разным соотношением кальция (Ca) и празеодима (Pr).

Исследователи обнаружили, что в перовскитах, имеющих формулу Pr1-xCaxMnO3, существует проводимость, связанная с так называемыми поляронами. Полярон — это электрон, который при своем распространении смещает ионы кристалической решетки со своих мест собственным полем — «гнет» кристалл, действующий в ответ на электрон. Перовскиты со своей почти идеальной структурой замечательно подходят для возникновения таких пар «кристалл-электрон».

Более того, оказывается, что они в большом количестве двигаются как единое целое — когерентно, то есть механизм проводимости является, что называется, зонным. Другими словами, проводимость осуществляется не путем перескока поляронов по локализованным состояниям, а практически как свободными частицами.

pr1-xcaxmno3 перовскиты поляроны проводимость солнечные батареи

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий