Lichid în gaură de electroni

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 30 ianuarie 2021; verificarea necesită 1 editare .

Un lichid cu gaură de electroni este o fază de  neechilibru a excitațiilor electronice care există în unii semiconductori la temperaturi scăzute dacă concentrația purtătorilor de sarcină ( electroni de conducere și găuri ) depășește o anumită valoare critică. Existența unui lichid cu gaură de electroni a fost descoperită și investigată la începutul anilor 1970 [1] . Cel mai bine este studiat pentru siliciu și germaniu . Din anul 2000, lichidul electron-hole a fost studiat în diamant [2] .

Un lichid de găuri de electroni apare la o concentrație mare de electroni și găuri, care poate fi realizată prin injecție sau excitare sub iradiere intensă cu laser. Electronii și găurile din semiconductori, legându-se în perechi, formează cvasiparticule, care se numesc excitoni . Excitonii se pot împereche, de asemenea, pentru a forma biexcitoni . Cu toate acestea, la o concentrație mare de electroni și găuri, se creează o stare similară cu cea a plasmei , în care interacțiunea Coulomb între cvasiparticule este ecranată. Această stare degenerată asemănătoare metalului este numită lichid în gaura de electroni. Când se formează, are loc o tranziție de fază (în condiții departe de echilibru) și gazul inițial omogen al excitațiilor se descompune în picături de lichid cu gaură de electroni cu o concentrație mare de cvasiparticule, înconjurate de regiuni asemănătoare gazului cu o concentrație scăzută. de cvasiparticule.

Material Temperatura critica Concentrarea critică Dimensiunile picăturilor
Diamant 138 K [3] , 165 K [4] , 173 K [5] , 197 K [6] , 260 K [7] 4,0⋅10 19 cm −3 0,001-1 um
Siliciu 28 K 1,2⋅10 18 cm −3 0,1-10 um
germaniu 7 K 0,6⋅10 17 cm −3 4-10 um

Formarea picăturilor dintr-un lichid electron-gaură este evidențiată de apariția în spectrele de emisie, pe lângă linia excitonului, a unei benzi largi corespunzătoare recombinării electron-găură . Studiul unui lichid cu gaură de electroni este de interes practic. Datorită funcției de lucru diferite a unui electron și a unei găuri în timpul evaporării, o picătură de lichid electron-gaură capătă o sarcină electrică de suprafață [1] . Existența unui lichid electron-gaură într-un semiconductor duce la o creștere a fotocurentului, ceea ce a fost demonstrat în germaniu [1] și diamant [8] .

Note

  1. ↑ 1 2 3 Keldysh și colab., 1988 .
  2. ↑ Thonke K., Schliesing R., Teofilov N., Zacharias H., Sauer R., Zaitsev AM, Kanda H., Anthony TR Electron-hole drops in synthetic diamond. Diamant și materiale aferente. 9 . 428-431 (2000).
  3. ↑ Vouk M.A. Condiții necesare pentru formarea lichidului electron-gaură în diamant și calculul parametrilor acestuia. Journal of Physics C: Solid State Physics. 12 . 2305-2312 (1979).
  4. ↑ Shimano R, Nagai M, Horiuch K, Kuwata-Gonokami M. Formarea unui lichid de gaură de electroni de mare Tc în diamant. Scrisori de revizuire fizică. 88 . 057404 (2002).
  5. ↑ Teofilov N., Schliesing R., Thonke K., Zacharias H., Sauer R., Kanda H. Optical high excitation of diamond: diagrama de fază a excitonilor, electron-hole lichid și electron-hole plasma. Diamant și materiale aferente. 12 . 636-641 (2003).
  6. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Radiația de recombinare în diamant sintetic și natural sub influența radiației UV cu laser pulsat. Procedurile universităților. Fizică. 58 . 36-46 (2015).
  7. ↑ Vasilchenko A. A., Kopytov G. F. High-temperature electron-hole liquid in diamond films. Procedurile universităților. Fizică. 61 . 727 (2018).
  8. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Fotoconductivitate pulsată a diamantului sub excitație cvasi-staționară prin radiație laser la 222 nm în condițiile existenței unui lichid cu gaură de electroni. Scrisori către JETF. 103 . 755-761 (2016).

Literatură