來自美國 IBM 紐約 Watson 研究中心的 Oki Gunawan 博士想出了一種全新的方法,他別出心裁地在實驗中加入了“光”這一變量,將霍爾效應升級為“光-霍爾效應(Photo-Hall effect)”,并改進了實驗的測量策略和公式,成功地在一次測量中測量出有關兩種載流子的7種不同數據。加入光之后,在原處于穩態的太陽能電池內部必定會發生變化——出現很多電子和空穴,也必定會對其導電特性產生影響。
Gunawan 特別設置了兩種材料,并將它們在光照下進行霍爾效應測試的結果放在一起,對比實驗結果,得出一個神奇的公式:
其中的 μH是兩種載流子霍爾遷移率之差,H 是霍爾系數,σ 是電導。這成為了解決問題的金鑰匙,基于這個方程能夠將有關兩種載流子的 7 種不同參數推出,包括濃度、遷移率、擴散長度和載流子壽命等。
可以說,這打破了霍爾效應出現以來 140 年的沉寂,又將霍爾效應推向了應用的前沿陣地。理論上的突破還遠遠不夠,還需要實驗來驗證和實現,如何實現又是另一個故事了。光霍爾效應理論上需要很“純凈”的霍爾信號,而太陽能電池,特別是文中采用的“鈣鈦礦(Perovskites)”材料的電導很小,會產生巨大的霍爾信號干擾。
因此,Gunawan 采用了交流(振蕩)磁場并連接傅里葉分析進行霍爾測量。如下圖,通過傅里葉變換,可以找到信號最明顯的地方,再進行分析就好,這就好像是在收音機中找你最喜歡的電臺一樣,其他頻率都是噪聲,而特定的頻率就會有電臺節目。
新的光霍爾效應或許能成為新的電學測量工具,為電子材料的研究打開新的篇章,它將我們需要用其他精密儀器分開進行測量的 7 種參數,一次測量出來,大大增大效率。
對于光霍爾效應測量,Gunawan 博士表示:“我們還想了解更多,如果我們采用的材料不是特制的,又或者這個公式中的材料模型并不如我們假設一樣理想,應該如何處理。更重要的是我們必須了解到這個方法的局限性,這套系統顯然不能適用于金屬。需要采用高能激光來激發金屬中的電子,但是有可能會在激發之前將金屬熔化。我們將致力于將這套系統的應用面推廣,并將這個公式推出更一般化的結論。”