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357 猜想,得證

更新時間:2021-01-26  作者:肥美的韭菜
這臺溫度控制器是段云用來測試熱電器件的,精度很高,升溫程序也很精細.

一共有三個大檔次,即快、中、慢。

每個大檔次都有從1到9的九個小檔次,分別對應于不同的加熱功率。

如果是快9檔,升溫速度就是刷刷的,如果是慢1檔,可能就是蝸牛般的升溫速度。

熱電偶是獨立放在樣品旁邊的,近似真空的環境下,熱傳導很慢,溫度的顯示會滯后于升溫操作。

也就是說,實驗的主要難點就是控溫。

必須要讓液氮艙中液氮帶走的熱量和加熱器提供的熱量兩者抵消掉,溫度才能穩定下來。

當然,做到完全精準那是不可能的。

一定的實驗誤差還是可以允許的,比如測試點為120K,那么測試過程中的溫度波動在119.9K120.1K之間,都是可以接受的。

當前溫度傳感器現實的溫度是118.74K,降溫幅度已經非常慢了,以0.01K的幅度在下降。

許秋檢查了一下石英窗口,沒有霧氣,表明內部的真空度仍然比較高,便再次將液氮加滿,然后把低溫裝置放入PL儀器中。

從現在開始,就需要進行連續測試。

一旦中途以任何形式被打斷,包括液氮完全漏光,低溫裝置被移動,或是石英窗口起霧,都需要重頭開始測試,前面測試的數據只能舍去。

打個比方,第一次以5K間隔,測試了從120K到145K的六個樣品點,當測150K的時候,石英窗口突然起霧,那接下來的測試結果肯定就不準確了,強行繼續測試的話,擬合最后得到的可能就是一根曲線了,而本來應該是直線的。

不僅如此,重新測試時也不能直接從150K開始,必須從120K開始,不然沿用之前的數據,很可能出現兩組數據不匹配,在150K的地方出現斷層現象,新舊數據本來應該在一條直線上,現在變成了兩條直線。

許秋開啟升溫程序,用功率最低的慢1檔進行試水,目標溫度設置為為120K。

剛開始的時候,溫度仍然在慢慢的降低,大約一分鐘后,溫度開始以0.02、0.03K的幅度回升。

許秋暗自慶幸,看來這慢1檔的功率也不小。

不過,想想也很正常,畢竟現在內部是在120K左右的低溫下,只要稍微加加熱,溫度就會起飛。

許秋很有耐心,就看著溫度慢慢爬升了五分鐘,終于達到120K。

加熱器自動停止工作,余熱讓溫度繼續往上沖了一些,隨后慢慢回落,又慢慢往上沖,最終穩定在120K左右,偏差值小于0.1K,工作原理有些類似于普通的加熱臺,只是現在這個控溫的進度更加高一些。

溫度在120K的地方穩定了三分鐘后,許秋開始測試,連續測試了五組PL數據。

PL結果略有波動,但波動的幅度不大,在10以內。

繼續升溫,許秋這回將升溫程序設置為慢2檔,過了四分多鐘,溫度穩定在125K,他再次測試五組數據。

隨著溫度的提升,許秋同時也不斷的提升著加熱速率,慢3檔、慢4檔……

同時中途他還額外加了三次液氮。

最終,從下午一點半一直測到晚上八點,許秋拿到了從120K到200K的數據,共計17組,85個數據。

從頭到尾,幾乎沒有喘息的機會,需要時刻關注著溫度的變化情況,就連晚飯許秋都是在旁邊的辦公室吃外賣解決的。

沒辦法,升溫要五分鐘,穩定溫度要三分鐘,測試要五分鐘,這還是理想狀態,如果中途額外加液氮的話,升溫速率就會顯著變慢。

好在這次實驗中途沒有出現液氮完全漏光、低溫裝置被移動,或是石英窗口起霧等事件,算是連續測試完成。

當然,在擬合數據結果沒出來前,也不能完全確定實驗就成功了。

萬一測試結果極度不合理,那就可能是實驗過程中出現了未知的問題。

許秋關閉儀器,把低溫裝置放在一個角落里,打開液氮艙的閥門。

低溫裝置液氮艙里面的液氮,許秋暫時沒有處理,就讓它慢慢揮發。

理論上直接倒出來,也不是不行,但沒必要,反正只要敞著口,等明天過來,液氮肯定就跑光了。

回到辦公室,許秋開始處理數據。

根據公式進行擬合。

橫坐標是1/kBT,kB是玻爾茲曼常數,T是溫度。

縱坐標是ln(I0/I(T)1),I0是最低溫度下的PL強度,I(T)是對應溫度下的PL強度。

因為溫度越低,熒光強度越高,所以I0是所有PL強度數據中最大的,I0/I(T)一定大于1,對數的底數恒為正值。

計算I(T)的方式有兩種,一種是直接取PL結果單一波長下的最大強度值,另外一種是對全波長范圍內的PL強度進行積分,得到積分強度。

理論上,兩種結果都是一樣的,第二種積分的方法可能誤差會小一些。

許秋想了想,還是選擇了第一種比較簡單的方式。

如果擬合結果正常,那就皆大歡喜,如果擬合結果不正常,那再試一試第二種方式。

17組85個PL數據,每個溫度條件下,排除奇異點后取均值,然后計算、線性擬合。

最終,線性擬合的斜率為負0.117,線性相關系數R為0.98。

表明ITIC的激子結合能為0.117電子伏特,或117毫電子伏特。

理論方面的分析,通常都比較麻煩,不似做材料,比較簡單直接,數值是多少就是多少。

在拿到激子結合能之后,還需要進行進一步的擬合,得到常溫條件下,激子自發拆分為自由電荷的比例隨激發態密度的變化曲線。

這個公式就比較復雜了,涉及到近10個物理量。

許秋參照文獻一番操作……

最終的結論就是:在300K溫度,正常太陽光照度,即激發態粒子密度為1E12到1E14每立方厘米的條件下,有80以上的激子會自發的轉變為自由電荷。

“猜想,得證!”看到這個結果后,許秋輕松的呼出一口氣,不枉費他花了幾天的時間查資料、測試,終于拿到了想要的結果。

此時,韓嘉瑩和鄔勝男都在張疆,莫文琳在里間實驗室做實驗,只有陳婉清坐在許秋旁邊,碼字肝文章。

在聽到許秋的動靜后,學姐好奇的湊了過去,看著許秋電腦桌面上的ORIGN軟件,詢問道:“今天測試的結果怎么樣?”

許秋神色輕松,說道:“ITIC的激子結合能,我算出來的結果是117毫電子伏特,和我之前預測的一樣,進一步的分析表明,有機光伏器件正常工作條件下,有80以上的激子會自發的轉變為自由電荷,這樣就可以證明為什么ITIC系列非富勒烯材料不需要‘驅動力’就可以實現電荷輸運……”

“哇,這可是一個重大的發現啊。”陳婉清當即聽出來這個結論的重要性,雖然她實驗方面相對一般,但在文獻閱讀方面可不比許秋差多少。

學姐頓了頓,繼續說道:“之前只是猜想,現在這個結果一出,那就是實錘了,不過這個結論偏物理一些,你打算發什么文章?”

許秋淡定說道:“我打算整合幾個亮點,搞一篇大文章。”

“大文章?NC嘛?”陳婉清歪了歪頭,猶豫道:“該不會……是想發《自然》大子刊吧?”

“bingo!”許秋打了個響指,解釋道:“之后要是激子擴散距離測試也能獲得一個不錯的結論,再配合一個高效率13的體系,就有機會沖一波《自然·能源》或是《焦耳》。”

“原來是新刊呀,那倒是機會大一些,”陳婉清先是點點頭,隨后話鋒一轉:“不過,新體系的效率你有信心能做到13?”

目前,組里明面上的最高效率體系,是學姐的IEICO4F體系,效率為12.3。

但實際上,許秋這邊的早已經做到了13.5,哪怕現實中無法完全重復出來,J2:IDIC4F體系的效率達到13也應該不難。

當然,這種事情許秋也沒辦法細講,他就隨意找了個借口,說道:“之前IDIC體系表現不錯,優化后性能提升的幾率很高,而且學妹那邊不也要開發J2、J3給體嘛,說不定兩兩組合,效率就突破了呢。”

“嗯,肯定可以的!”陳婉清鼓勵道,她的內心也是很希望許秋能夠走到更遠。

一方面,她能有現在的學術成果,許秋的幫助占了很大的比重;另一方面,她也是有一種“把科研夢想寄托在許秋身上完成”的意味在里面。

暑假期間,陳婉清想了很久,最后認識到自己并不適合在學術圈繼續發展。

選擇國內土博后的話,發展空間又有限,畢竟現在科研圈整體紅海的情況,一直在提高準入門檻,都在強調海外工作經歷。

像許秋這樣成果斐然的,那自然海外經歷不經歷的都不重要,畢業留校肯定沒有問題,但她現在這情況,高不成低不就的,最終的結局,還是要么去國外找博后崗,要么出國當兩年訪問學者。

要是出國找個博后,基本上很難遇到許秋這樣的大腿,大概率原形畢露……

這也是她最終主動找到藍河的原因。

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