Русская Википедия:Электронно-дырочная жидкость
Электронно-дырочная жидкость — неравновесная фаза электронных возбуждений, существующая в некоторых полупроводниках при низких температурах, если концентрация носителей заряда (электронов проводимости и дырок) превышает некоторую критическую величину. Существование электронно-дырочной жидкости было обнаружено и исследовано в начале 1970-х годовШаблон:Sfn. Лучше всего она изучена для кремния и германия. Начиная с 2000 г. электронно-дырочная жидкость исследуется в алмазе[1].
Электронно-дырочная жидкость возникает при высокой концентрации электронов и дырок, которой можно достигнуть при помощи инжекции или возбуждением при интенсивном лазерном облучении. Электроны и дырки в полупроводниках, связываясь в пары, образуют квазичастицы, которые называются экситонами. Экситоны могут также связываться в пары, образуя биэкситоны. Однако, при высокой концентрации электронов и дырок создаётся состояние, аналогичное плазме, в котором кулоновское взаимодействие между квазичастицами экранировано. Именно это вырожденное металлоподобное состояние получило название электронно-дырочной жидкости. При его образовании происходит фазовый переход (в условиях, далёких от равновесия) и изначально однородный газ возбуждений разбивается на капли электронно-дырочной жидкости с высокой концентрацией квазичастиц, окружённые газоподобными областями с низкой концентрацией квазичастиц.
| Материал | Критическая температура | Критическая концентрация | Размеры капель |
|---|---|---|---|
| Алмаз | 138 K[2], 165 К[3], 173 K[4], 197 K[5], 260 K[6] | 4,0Шаблон:E см−3 | 0,001—1 мкм |
| Кремний | 28 К | 1,2Шаблон:E см−3 | 0,1—10 мкм |
| Германий | 7 К | 0,6Шаблон:E см−3 | 4—10 мкм |
Об образовании капель электронно-дырочной жидкости свидетельствует появление в спектрах излучения кроме экситонной линии также широкой полосы, отвечающей электронно-дырочной рекомбинации. Изучение электронно-дырочной жидкости имеет практический интерес. За счёт разной работы выхода электрона и дырки при испарении капля электронно-дырочной жидкости приобретает поверхностный электрический зарядШаблон:Sfn. Существование электронно-дырочной жидкости в полупроводнике приводит к усилению фототока, что было продемонстрировано в германииШаблон:Sfn и алмазе[7].
Примечания
Литература
- ↑ Thonke K., Schliesing R., Teofilov N., Zacharias H., Sauer R., Zaitsev A.M., Kanda H., Anthony T.R. Electron-hole drops in synthetic diamond. Diamond and related materials. 9. 428—431 (2000).
- ↑ Vouk MA. Conditions necessary for the formation of the electron-hole liquid in diamond and calculation of its parameters. Journal of Physics C: Solid State Physics. 12. 2305—2312 (1979).
- ↑ Shimano R, Nagai M, Horiuch K, Kuwata-Gonokami M. Formation of a high Tc electron-hole liquid in diamond. Physical Review Letters. 88. 057404 (2002).
- ↑ Teofilov N., Schliesing R., Thonke K., Zacharias H., Sauer R., Kanda H. Optical high excitation of diamond: phase diagram of excitons, electron-hole liquid and electron-hole plasma. Diamond and related materials. 12. 636—641 (2003).
- ↑ Липатов Е. И., Генин Д. Е., Тарасенко В. Ф. Рекомбинационное излучение в синтетическом и природном алмазе при воздействии импульсным лазерным УФ излучением. Известия ВУЗов. Физика. 58. 36-46 (2015).
- ↑ Васильченко А. А., Копытов Г. Ф. Высокотемпературная электронно-дырочная жидкость в плёнках алмаза. Известия ВУЗов. Физика. 61. 727 (2018).
- ↑ Липатов Е. И., Генин Д. Е., Тарасенко В. Ф. Импульсная фотопроводимость алмаза при квазистационарном возбуждении лазерным излучением на 222 нм в условиях существования электронно-дырочной жидкости. Письма в ЖЭТФ. 103. 755—761 (2016).
