研究人員首次在實驗中觀察到極子的形成

美國能源部SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的研究人員首次使用X射線激光觀察並直接測量極子的形成。極子是材料中原子晶格的扭曲,在幾萬億分之一秒的時間內圍繞着一個移動的電子形成,然後迅速消失。盡管它們的持續時間很短,但它們確實會影響材料的行為。它們可能就是為什麼用鉛混合過氧化物製成的太陽能電池板可以在實驗室中達到高效率的原因。

研究人員表示,這種材料因為效率高、成本低而風靡太陽能研究。盡管性能優異,但研究人員對其工作的原因卻爭論不休。一些人理論上認為,極子可能參與了其中過程。不過,新的實驗還是第一次直接觀察到這些畸變的形成,包括它們的大小、形狀以及它們是如何演變的。

過氧化物是一種晶體材料,其名稱來源於礦物過氧化物。研究人員大約在十年前開始將這種晶體材料融入到太陽能電池中,穩步提高了太陽能電池的效率。有趣的是,過氧化物成分內的缺陷數量應該抑制電流的流動,但事實並非如此。

在研究該材料中存在着挑戰。盡管它們高效且易於製造,但它們非常不穩定,暴露在空氣中時會分解,並且含有鉛,必須遠離環境。這項研究的研究人員使用了實驗室的Linac相干光源,這是一種強大的X射線自由電子激光器,能夠對材料進行近原子細節的成像。它還能夠捕捉以百萬億分之一秒為單位發生的原子運動。

該團隊觀察了斯坦福大學的一位研究人員合成的材料單晶。在研究過程中,該團隊用光學激光器的光照射材料樣品,然後用X射線激光觀察材料在幾十萬億分之一秒內的反應。觀測結果顯示,極子畸變從微觀尺度上開始,約為固體中原子間間距的大小,並迅速向四周擴展,直徑約為50億分之一米。這種作用在皮秒的時間內,在一個大致球形的區域內,將大約十層原子稍稍向外推移。

研究人員首次在實驗中觀察到極子的形成

來源:cnBeta