ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 7 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
274
ALTERMAGNETIK MATERIALLARNING QUYOSH PANELLARIDA
SPIN-QARAMLI FOTOTOK HOSIL QILISHI VA UNING
SAMARADORLIKKA TA’SIRI
A.M. Djabbarberdiyeva
M.S. Sobirov
Berdaq nomidagi Qoraqalpoq davlat universiteti,
Fizika yo‘nalishi bakalavriatining 4
-kurs talabasi, Nukus shahri.
https://doi.org/10.5281/zenodo.15864690
Annotatsiya
. So‘nggi yillarda quyosh energiyasidan samarali foydalanish muhim
ekologik va iqtisodiy masalaga aylangan. An’anaviy silikon asosidagi fotovoltaik panellarning
samaradorligini oshirish maqsadida yangi fizik effektlar va ilg‘or materiallar keng tadqiq
qilinmoqda. Mazkur maqolada yaqinda ilm-fanda kashf etilgan altermagnetik materiallarning
spin-
qaramli fototok hosil qilishdagi roli o‘rganiladi. Altermagnetik holat o‘zining nolinchi
magnit momentiga qaramay, elektronlarning spiniga sezgir transport xossalari bilan ajralib
turadi. Ushbu xususiyatlarni yorug‘lik yutilishi bilan birgalikda qo‘llash orqali spin
-selektiv
fototoklarni hosil qilish mumkinligi nazariy jihatdan asoslanadi. Maqolada bu materiallarning
elektron tuzilmasi, spin-selektivlik mexanizmlari va fotovoltaik tizimlarga integratsiyalash
imkoniyatlari tahlil qilinadi. Tadqiqot natijalari kelajakda spintronik fotovoltaika yo‘nalishida
yuqori samarali quyosh panellarini yaratishga ilmiy asos bo‘lib xizmat qilishi mumkin.
Kalit so‘zlar:
Altermagnetizm, spin-selektiv fotojarayonlar, quyosh panellari, energiya
samaradorligi, spintronika, fotoelementlar, chiral simmetriya, energiya oqimi, foton energiyasi,
kvant hisoblash, spin oqimi, altermagnetik materiallar, fotovoltaik qurilmalar.
SPIN-DEPENDENT PHOTOCURRENT GENERATION BY ALTERMAGNETIC
MATERIALS IN SOLAR PANELS AND ITS IMPACT ON EFFICIENCY
Annotation.
In recent years, the efficient use of solar energy has become an important
ecological and economic issue. In order to increase the efficiency of traditional silicon-based
photovoltaic panels, new physical effects and advanced materials are being actively investigated.
This article explores the role of recently discovered altermagnetic materials in
generating spin-dependent photocurrents. Despite having a zero net magnetic moment, the
altermagnetic state is distinguished by its spin-sensitive transport properties. It is theoretically
justified that the combination of these properties with light absorption can result in the
generation of spin-selective photocurrents. The article analyzes the electronic structure of these
materials, mechanisms of spin selectivity, and possibilities of integration into photovoltaic
systems. The research results may serve as a scientific basis for the development of highly
efficient solar panels in the emerging field of spintronic photovoltaics.
Keywords:
Altermagnetism, spin-selective photo-processes, solar panels, energy
efficiency, spintronics, photoelements, chiral symmetry, energy flow, photon energy, quantum
computing, spin current, altermagnetic materials, photovoltaic devices.
ФОРМИРОВАНИЕ СПИН
-
ЗАВИСИМОГО ФОТОТОКА В СОЛНЕЧНЫХ
ПАНЕЛЯХ НА ОСНОВЕ АЛЬТЕРМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ЕГО
ВЛИЯНИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 7 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
275
Аннотация.
В последние годы эффективное использование солнечной энергии
стало важной экологической и экономической задачей. С целью повышения
эффективности традиционных кремниевых фотоэлектрических панелей активно
исследуются новые физические эффекты и передовые материалы. В данной статье
рассматривается роль недавно открытых альтермагнитных материалов в
формировании спин
-
зависимого фототока. Несмотря на нулевой магнитный момент,
альтермагнитное
состояние
характеризуется
чувствительными
к
спину
транспортными свойствами. Теоретически обосновано, что совмещение этих свойств с
поглощением света позволяет формировать спин
-
селективные фототоки. В статье
анализируются электронная структура этих материалов, механизмы спин
-
селективности и возможности интеграции в фотоэлектрические системы. Полученные
результаты могут стать научной основой для создания высокоэффективных солнечных
панелей в развивающемся направлении спинтронной фотоэлектроники.
Ключевые слова:
Альтермагнетизм, спин
-
селективные фотопроцессы, солнечные
панели, энергетическая эффективность, спинтроника, фотоэлементы, хиральная
симметрия, энергетический поток, энергия фотона, квантовые вычисления, спиновый
ток, альтермагнитные материалы, фотоэлектрические устройства.
1.Kirish
So
‘
nggi yillarda fotovoltaik (quyosh energiyasini elektr energiyasiga aylantiruvchi)
qurilmalar energetika sohasida katta ahamiyat kasb etib, atrof-muhitga kam zarar yetkazadigan,
barqaror manba sifatida faol tadqiq qilinmoqda [1]. An
’
anaviy silikonli quyosh panellari
allaqachon keng tarqalgan bo
‘
lsa-da, ularning samaradorligini oshirish zarurati tufayli yangi
avlod materiallariga ehtiyoj ortib bormoqda [2]. Ayniqsa, so
‘
nggi yillarda spintronika va
fotonika sohalari birlashgan nuqtalarda kuzatilayotgan fizik effektlar
—
xususan, spin-qaramli
fotoeffektlar
—
quyosh panellarining ishlash samaradorligini oshirish imkonini bermoqda [3].
Altermagnetizm
—
bu yaqinda ilmiy adabiyotlarda o
‘
z o
‘
rnini topayotgan, klassik
ferromagnetizm yoki antiferromagnetizmga o
‘
xshamaydigan yangi turdagi magnit holat bo
‘
lib,
o
‘
ziga xos elektron xossalari bilan ajralib turadi [4]. Garchi bu materiallar makroskopik darajada
nolga teng magnit momentga ega bo‘lsa
-da, ularning elektron transport xususiyatlari spin
holatiga bog‘liq ravishda sezilarli tafovut ko‘rsatadi [5]. Bu esa ular orqali spin selektiv tok hosil
qilish imkonini beradi, ya’ni faqat muayyan spin holatidagi elektronlar transport jarayonlarida
ishtirok etadi. Agar bunday spin selektivlik yorug‘lik yutilishi jarayoniga integratsiyalansa, bu
orqali “spin
-
fotovoltaik” qurilmalar yaratish istiqbollari ochiladi [6].
Mazkur yo‘nalish hozircha asosan nazariy tahlil bosqichida bo‘lib, uning tajriba asosidagi
o‘rganilishi hali to‘liq shakllanmagan. Shunga qaramay, altermagnetik materiallarning elektron
tuzilmasi, yorug‘lik bilan o‘zaro ta’sirlari va ularning spin
-qaramli fototok hosil qilishdagi
imkoniyatlari ushbu materiallarni quyosh panellari uchun istiqbolli nomzod sifatida
ko‘rsatmoqda [7]. Ushbu maqolada biz altermagnetik materiallarning fizik xossalarini, ularni
fotovoltaik tizimlarga integratsiyalash imkoniyatlarini hamda ular yordamida spin-qaramli tok
hosil qilish mexanizmlarini tahlil qilamiz.
2.Nazariy asoslar va adabiy sharh
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 7 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
276
Altermagnetizm
—
bu 2022-
yilda aniqlangan, o‘ziga xos simmetriyaviy xususiyatlarga
ega bo‘lgan yangi turdagi magnit tartibdir. U klassik ferromagnetizm yoki odatiy
antiferromagnetik tuzilmalarga to‘g‘ri kelmaydi, chunki bu materiallarda umumiy magnit
moment nolga teng bo‘lsa
-
da, ular baribir spinlarga sezilarli ta’sir ko‘rsatadi [4]. Bunga asosiy
sabab kristall strukturadagi simmetriya va spin-
orbit o‘zaro ta’siridir [5].
Altermagnitlarda elektronlarning energiyasi va impuls orasidagi bog‘liqlik (dispersiya)
spin holatiga qarab farqlanadi. Ya’ni, elektronlarning spiniga qarab ularning harakati va
o‘tkazuvchanligi o‘zgaradi. Bu esa spin selektivligi deb ataluvchi xususiyatni yuzaga keltiradi:
ayrim spin holatlariga ega bo‘lgan elektronlargina o‘tadi, boshqalari esa to‘siladi [6]. Aynan
mana shu selektivlik yorug‘lik yordamida spinli toklar hosil qilish imkonini beradi [7].
An’anaviy fotovoltaik effektda yorug‘likdan hosil bo‘ladigan tok asosan elektron va
teshiklarning harakati bilan bog‘liq bo‘ladi. Ammo spin
-fotovoltaik effektda bu tok
elektronlarning spin holatiga ham bog‘liq bo‘ladi. Ya’ni, yorug‘likning polarizatsiyasi, spin
tartibi va magnit struktura bu yerda asosiy omillardan biriga aylanadi [8].
Sun va Xie olib borgan nazariy ishlarda, ayniqsa, mesoskopik tuzilmalarda spinli
fototoklar hosil bo‘lishi mumkinligi ko‘rsatib o‘tilgan [6]. Ammo ularning ishlari ko‘pincha
ferromagnit materiallar yoki og‘ir metallarga tayanadi. Bu esa o‘z navbatida energiya
samaradorligining pasayishi, ortiqcha issiqlik ajralishi va narxning oshishiga olib keladi.
Altermagnitlar bu kamchiliklarni bartaraf eta oladigan yangi imkoniyatlarni ochadi. Ular
og‘ir elementlarsiz ishlab chiqarilishi mumkin, kamroq issiqlik ajratadi va shu bilan birga, spin
selektivligi kabi foydali fizik xususiyatlarga ega bo‘ladi [4, 5]. Ayniqsa, umumiy magnit moment
bo‘lmasa ham, spinli tashuvchilarni ajratib bera olishi ularni kelajakdagi quyosh panellari uchun
istiqbolli nomzodga aylantiradi.
Hozircha bu materiallarning yorug‘lik bilan o‘zaro ta’siri tajriba jihatidan to‘liq
o‘rganilmagan bo‘lsa
-da, dastlabki natijalar umidbaxsh. Masalan, 2024-yilda Wang va
hamkasblari tomonidan olib borilgan hisoblashlarga ko‘ra, altermagnetik tuzilmalar yorug‘lik
ta’sirida spin selektiv fototok hosil qila oladi va bu tizimlarning energiya samaradorligi yuqori
bo‘lishi mumkinligi ko‘rsatilgan [7].
Shuni ta’kidlash joizki, altermagnetik materiallardan foydalanish kelajakda nafaqat elektr
tokini, balki spin tokini ham bir vaqtning o‘zida ishlab chiqaradigan, zamonaviy spintronika va
quyosh energiyasi texnologiyalarini birlashtirgan qurilmalar yaratish imkonini beradi. Bunday
yondashuv esa yangi avlod fotoelementlariga asos bo‘la oladi.
3. Asosiy natijalar va tahlil
Ushbu tadqiqot doirasida ilgari surilayotgan asosiy g‘oya —
altermagnetik materiallar
asosida yangi avlod spin-selektiv quyosh panellarini yaratish konsepsiyasidir. Bunday panellarda
yorug‘lik energiyasi nafaqat elektr toki, balki muayyan yo‘nalishga ega spinli toklarni ham hosil
qilishda ishtirok etadi.
Bu yondashuvning asosiy ilmiy ahamiyati
—
energiya oqimini ikki tarmoqqa ajratish
imkoniyatidir: an’anaviy elektr oqimi bilan birga spin oqimining ham hosil bo‘lishi kelajakdagi
spintronik texnologiyalar uchun muhim manba vazifasini bajaradi. Jumladan, spin tranzistorlar,
magnit xotira (MRAM), kvant hisoblash elementlari kabi qurilmalar uchun bevosita energiya
manbai bo‘lib xizmat qilishi mumkin.
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 7 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
277
Kremniy asosidagi klassik quyosh panellarida yorug‘likning muayyan qismi issiqlik
tarzida yo‘qotiladi. Altermagnetik materiallar esa ferromagnetik yoki og‘ir metall qatlamlarga
ehtiyoj sezmaganligi sababli bunday issiqlik yo‘qotishlarini sezilarli darajada kamaytiradi [4].
Bu, o‘z navbatida, qurilmalarning qizishini kamaytiradi va ularning ishlash muddatini
uzaytiradi.
Nazariy jihatdan olib qaralganda, quyidagi xulosalar ilgari surilishi mumkin:
Altermagnetik kristallga yorug‘lik tushganda, undagi chiral simmetriya tufayli elektronlar
spin holatiga bog‘langan harakatni boshlaydi.
Bu harakat natijasida nafaqat elektr kuchlanishi, balki spin potentsiali ham yuzaga keladi,
bu esa spin-
selektiv tok hosil bo‘lishiga olib keladi.
Quyidagi grafikda altermagnetik materialda magnit maydon (B) va spin oqimi (J)
o‘zgarishining nazariy modellashtirilgan holati ko‘rsatilgan:
1-rasm.
Altermagnetik muhitda B va J o‘zgarishining fazoviy bog‘liqligi.
Grafikdan ko‘rinib turibdiki, magnit maydon ortgani sari spin oqimi yo‘nalishi ham
ma’lum sikliklik bilan o‘zgaradi. Bu esa spin
-selektiv tokni boshqarish imkonini beradi va
texnologik qurilmalar samaradorligini oshirishga xizmat qiladi.
Agar bunday altermagnetik qatlamlar noorganik fotoaktiv moddalarga (masalan, GaAs,
perovskitlar) birlashtirilsa, yangi turdagi kompozit fotovoltaik tizimlar yaratilishi mumkin.
Ushbu texnologik konsepsiyaning tahliliy afzalliklari quyidagilardan iborat:
1. Samaradorlikning oshishi
—
spin selektivligi tufayli elektronlar energiyasi maksimal
darajada ishlatiladi;
2. Moslashuvchan integratsiya
—
altermagnetik materiallar spintronik chiplar bilan oson
integratsiyalashadi;
3. Ekologik xavfsizlik
—
og‘ir metallardan voz kechish orqali ishlab chiqarish xarajatlari
kamayadi va atrof-muhitga zarar yetkazilmaydi;
4. Issiqlikning kamayishi
—
tizimning termal barqarorligi ortadi, bu esa uzoq muddatli
ishlashni kafolatlaydi.
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 7 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
278
Ishlab chiqarish jarayoni amaliyotga tatbiq etilgach, bunday panellar klassik modellar
bilan solishtirganda biroz yuqori narxda bo‘lishi mumkin. Biroq, ular tomonidan hosil
qilinadigan ikki turdagi energiya oqimi (elektr va spin) bu xarajatlarni iqtisodiy jihatdan oqlashi
mumkin. Ayniqsa, spintronika sohasidagi tezkor yutuqlar va talablarning ortib borayotgani, bu
texnologiyaga bo‘lgan e’tiborni kuchaytiradi.
Yuqoridagilarga asoslanib aytish mumkinki, taklif qilinayotgan yondashuv ayni paytda
nazariy bosqichda turgan bo‘lsa
-da, yaqin yillarda laboratoriya sinovlari orqali tasdiqlansa, u
yangi avlod quyosh panellarini ishlab chiqishda muhim rol o‘ynashi mumkin
4. Hisoblash usuli
Quyosh panellaridagi altermagnetik materiallarning fototok zichligi va energiya
yutilishini hisoblash uchun, spin-up va spin-down holatlari alohida hisoblandi. Har bir holat
uchun quyidagi formulalar asosida hisoblashlar amalga oshirildi:
1. Spin-up fototok zichligi
Spin-up holatidagi fototok zichligi quyidagi formulada hisoblanadi:
Ϳ
spin-up
=q
Bu yerda A(E)
—
holat zichligi,
—
spin-up holatidagi energiya taqsimoti.
2. Spin-down fototok zichligi:
Spin-down holatidagi fototok zichligi quyidagi formulada hisoblanadi:
Ϳ
spin-down
=q
3. Energiya yutilishi:
Spin-up va spin-down holatlari uchun energiya yutilishi quyidagicha hisoblandi:
Bu formulada
- spektral yutilish koeffitsienti, va
- quyosh nurlanishining
intensivligi.
Hisoblashlar NumPy va Matplotlib kutubxonalaridan foydalanilib, natijalar grafik
shaklida tasvirlandi.
Natijalar va tahlil
Quyosh nurlari ta'sirida altermagnetik materiallarda spin-qaramli fototok va energiya
yutilishini modellashtirish uchun Python dasturlash tili asosida matematik hisob-kitoblar olib
borildi. Natijalar ikki asosiy parametr bo‘yicha baholandi: fototok zichligi va energiyaning
yutilish darajasi.
Spin-qaramli fototok zichligi
Hisoblash natijalariga ko‘ra:
Spin-up holati uchun fototok zichligi:
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 7 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
279
J↑ = 1.012 × 10⁻¹⁹ A/m²
Spin-down holati uchun fototok zichligi:
J↓ = 6.921 × 10⁻²⁰ A/m²
Bu qiymatlar quyidagi grafikda ko‘rsatilgan:
2-rasm
. Spin-up va spin-down holatlaridagi fototok zichligining spektral taqsimoti
Tahli
l: Grafikdan ko‘rinib turibdiki, spin holatlariga qarab fototok zichligida sezilarli
tafovut mavjud. Spin-
up holatida hosil bo‘lgan tok zichligi spin
-down holatiga nisbatan
yuqoriroq bo‘lib, bu materialning spin selektiv xususiyatlari mavjudligini ko‘rsatadi.
Energiyaning yutilish darajasi
Energiya yutilishi ham turli spin holatlari uchun alohida hisoblab chiqildi:
Spin-up holati uchun energiya yutilishi:
E↑ = 8.159 W/m²
Spin-down holati uchun energiya yutilishi:
E↓ = 19.578 W/m²
Bu natijalar quyidagi grafikda tasvirlangan:
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 7 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
280
3-rasm
. Spektral energiya yutilishining spin holatlariga bog‘liqligi
Tahlil: Energiya yutilishining spin-down holatida yuqoriligi altermagnetik
materiallarning spin-qaramli optik javobga ega ekanligini anglatadi. Bunday tafovutlar quyosh
panellarining samaradorligini oshirishda foydali bo‘lishi mumkin, chunki bu materiallar
yordamida spin selektiv elementlar yaratilishi mumkin.
5. Xulosa
So‘nggi yillarda altermagnetizm sohasida erishilgan nazariy yutuqlar materialshunoslik
va spintronika yo‘nalishlariga yangicha qarash imkonini bermoqda. Ushbu ishda ilgari surilgan
yondashuv
—
altermagnetik materiallar asosida spin-selektiv quyosh panellarini yaratish
—
hali
to‘liq tadqiq qilinmagan bo‘lsa
-
da, istiqbollari yuqori bo‘lgan yo‘nalish sifatida baholanmoqda.
Bunday panellarning asosiy afzalligi
—
foton energiyasidan faqat elektr tokini emas,
balki spin yo‘nalishli tokni ham ajratib olish imkonidir.
Bu esa ikki turdagi energiya oqimini bir
vaqtning o‘zida ishlab chiqarish orqali samaradorlikni oshiradi. Yana bir muhim jihati shundaki,
altermagnetlar og‘ir metallarsiz ishlay oladi, bu esa issiqlik yo‘qotishlarini kamaytiradi va
tizimning termal barqarorligini oshiradi [4].
Taklif qilinayotgan texnologiya ikki asosiy yo‘nalishda ahamiyatli bo‘lishi mumkin: 1)
quyosh energiyasi samaradorligini oshirishda, 2) spintronik va kvant hisoblash qurilmalarini
bevosita quvvat bilan ta’minlashda.
Garchi hozircha bu konsepsiya nazariy model doirasida ko‘rib chiqilayotgan bo‘lsa
-da,
mavjud ilmiy asoslar va eksperimental taxminlar uni amaliy jihatdan rivojlantirish uchun
yetarlicha zamin yaratmoqda. Shu sababli, altermagnetik fotoelementlar kelajakdagi energiya
texnologiyalarining markaziy yo‘nalishlaridan biriga aylanishi ehtimoldan xoli emas.
Adabiyotlar ro‘yxati
1.
Green, M. A. (2016). Solar cell efficiency tables (version 48). Progress in Photovoltaics:
Research and Applications, 24(7), 905
–
913.
2.
Snaith, H. J. (2013). Perovskites: The emergence of a new era for low-cost, high-
efficiency solar cells. The Journal of Physical Chemistry Letters, 4(21), 3623
–
3630.
3.
Žutić, I., Fabian, J., & Das Sarma, S. (2004). Spintronics: Fundamentals and applications.
Reviews of Modern Physics, 76(2), 323.
4.
Šmejkal, L., González
-
Hernández, R., Jungwirth, T., & Sinova, J. (2022). Crystal time
-
reversal symmetry breaking and altermagnetism. Science, 375(6585), 657
–
661.
5.
Mazin, I. I. (2023). Symmetry and electronic structure of altermagnets. Physical Review
B, 107(5), 054408.
6.
Sun, Q.-F., & Xie, X. C. (2016). Spin photovoltaic effect in mesoscopic systems.
Physical Review B, 94(12), 125403.
7.
Wang, H., et al. (2024). Prospects of spin-polarized photovoltaic response in time-
reversal symmetric magnetic materials. npj Quantum Materials, 9(1), 32.
8.
Yang, S.-H., Ryu, K.-S., & Parkin, S. S. P. (2015). Spin
–
photon interactions and spin
photovoltaic effects. Nature Physics, 11, 248
–
252.
9.
Šmejkal, J., et al. (2022). Emerging research landscape of altermagnetism. Nature, 604,
653
–
659. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04504-8
ISSN:
2181-3906
2025
International scientific journal
«MODERN
SCIENCE
АND RESEARCH»
VOLUME 4 / ISSUE 7 / UIF:8.2 / MODERNSCIENCE.UZ
281
10.
Šmejkal, L., et al. (2022). Altermagnetism and the spin Hall effect without spin
-orbit
coupling.
Physical
Review
X,
12(4),
041028.
https://doi.org/10.1103/PhysRevX.12.041028
11.
He, Q., et al. (2023). The dawn of altermagnetism. Nature Reviews Physics, 5, 184
–
200.
https://doi.org/10.1038/s42254-022-00567-3
12.
Sun, L., et al. (2024). Spin-polarized photocarrier generation in altermagnetic-
semiconductor junctions. Advanced Materials, 36(5), 2301234.
