Elektronhålsvätska

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 30 januari 2021; verifiering kräver 1 redigering .

En elektronhålsvätska  är en icke-jämviktsfas av elektroniska excitationer som finns i vissa halvledare vid låga temperaturer om koncentrationen av laddningsbärare ( ledningselektroner och hål ) överstiger ett visst kritiskt värde. Förekomsten av en elektronhålsvätska upptäcktes och undersöktes i början av 1970-talet [1] . Det är bäst att studera för kisel och germanium . Sedan 2000 har elektronhålsvätska studerats i diamant [2] .

En elektronhålsvätska uppstår vid en hög koncentration av elektroner och hål, vilket kan uppnås genom injektion eller excitation under intensiv laserbestrålning. Elektroner och hål i halvledare, bindande i par, bildar kvasipartiklar, som kallas excitoner . Excitoner kan också paras ihop för att bilda biexcitoner . Men vid en hög koncentration av elektroner och hål skapas ett tillstånd som liknar plasma , där Coulomb-interaktionen mellan kvasipartiklar screenas. Det är detta degenererade metallliknande tillstånd som kallas elektronhålsvätskan. När den bildas sker en fasövergång (under förhållanden långt från jämvikt) och den initialt homogena excitationsgasen bryts upp i droppar av en elektronhålsvätska med en hög koncentration av kvasipartiklar, omgiven av gasliknande områden med låg koncentration av kvasipartiklar.

Material Kritisk temperatur Kritisk koncentration Droppstorlekar
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
Kisel 28 K 1,2⋅10 18 cm −3 0,1-10 um
Germanium 7 K 0,6⋅10 17 cm −3 4-10 um

Bildandet av droppar av en elektronhålsvätska bevisas av uppkomsten i emissionsspektra, förutom excitonlinjen, av ett brett band som motsvarar elektronhålsrekombination . Studiet av en elektronhålsvätska är av praktiskt intresse. På grund av en elektrons och ett håls olika arbetsfunktion under avdunstning, får en droppe av en elektronhålsvätska en elektrisk ytladdning [1] . Förekomsten av en elektronhålsvätska i en halvledare leder till en ökning av fotoströmmen, vilket har påvisats i germanium [1] och diamant [8] .

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 Keldysh et al., 1988 .
  2. ↑ Thonke K., Schliesing R., Teofilov N., Zacharias H., Sauer R., Zaitsev AM, Kanda H., Anthony TR Elektronhålsdroppar i syntetisk diamant. Diamant och relaterade material. 9 . 428-431 (2000).
  3. ↑ Vouk M.A. Förutsättningar som är nödvändiga för bildandet av elektronhålsvätskan i diamant och beräkning av dess parametrar. Journal of Physics C: Fasta tillståndets fysik. 12 . 2305-2312 (1979).
  4. ↑ Shimano R, Nagai M, Horiuch K, Kuwata-Gonokami M. Bildning av en hög Tc elektronhålsvätska i diamant. Fysiska granskningsbrev. 88 . 057404 (2002).
  5. ↑ Teofilov N., Schliesing R., Thonke K., Zacharias H., Sauer R., Kanda H. Optisk hög excitation av diamant: fasdiagram av excitoner, elektronhålsvätska och elektronhålsplasma. Diamant och relaterade material. 12 . 636-641 (2003).
  6. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Rekombinationsstrålning i syntetisk och naturlig diamant under påverkan av pulsad laser UV-strålning. Universitetens handlingar. Fysik. 58 . 36-46 (2015).
  7. ↑ Vasilchenko A. A., Kopytov G. F. Högtemperaturelektronhålsvätska i diamantfilmer. Universitetens handlingar. Fysik. 61 . 727 (2018).
  8. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Pulsad fotokonduktivitet hos diamant under kvasistationär excitation med laserstrålning vid 222 nm under betingelserna för förekomsten av en elektronhålsvätska. Brev till JETF. 103 . 755-761 (2016).

Litteratur