Elektronhul væske

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 30. januar 2021; verifikation kræver 1 redigering .

En elektron-hul væske  er en ikke-ligevægtsfase af elektroniske excitationer, der eksisterer i nogle halvledere ved lave temperaturer, hvis koncentrationen af ​​ladningsbærere ( ledningselektroner og huller ) overstiger en vis kritisk værdi. Eksistensen af ​​en elektronhulsvæske blev opdaget og undersøgt i begyndelsen af ​​1970'erne [1] . Det studeres bedst for silicium og germanium . Siden 2000 er elektronhulsvæske blevet undersøgt i diamant [2] .

En elektron-hul væske opstår ved en høj koncentration af elektroner og huller, hvilket kan opnås ved injektion eller excitation under intens laserbestråling. Elektroner og huller i halvledere, der binder parvis, danner kvasipartikler, som kaldes excitoner . Excitoner kan også parre sig for at danne biexcitoner . Men ved en høj koncentration af elektroner og huller skabes en tilstand, der ligner plasma , hvor Coulomb-interaktionen mellem kvasipartikler screenes. Det er denne degenererede metallignende tilstand, der kaldes elektronhulsvæsken. Når det dannes, sker der en faseovergang (under forhold langt fra ligevægt), og den oprindeligt homogene gas af excitationer bryder op i dråber af en elektronhulsvæske med en høj koncentration af kvasipartikler, omgivet af gaslignende områder med lav koncentration af kvasipartikler.

Materiale Kritisk temperatur Kritisk koncentration Dråbestørrelser
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 µm
Silicium 28 K 1,2⋅10 18 cm −3 0,1-10 µm
Germanium 7 K 0,6⋅10 17 cm −3 4-10 µm

Dannelsen af ​​dråber af en elektron-hul-væske fremgår af forekomsten i emissionsspektrene, ud over excitonlinjen, af et bredt bånd svarende til elektron-hul-rekombination . Studiet af en elektron-hul væske er af praktisk interesse. På grund af en elektrons og et huls forskellige arbejdsfunktion under fordampning får en dråbe af en elektronhulsvæske en elektrisk overfladeladning [1] . Eksistensen af ​​en elektronhulsvæske i en halvleder fører til en stigning i fotostrømmen, hvilket er blevet påvist i germanium [1] og diamant [8] .

Noter

  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 Elektronhulsdråber i syntetisk diamant. Diamant og relaterede materialer. 9 . 428-431 (2000).
  3. ↑ Vouk M.A. Betingelser, der er nødvendige for dannelsen af ​​elektronhulvæsken i diamant og beregning af dens parametre. Journal of Physics C: Faststoffysik. 12 . 2305-2312 (1979).
  4. ↑ Shimano R, Nagai M, Horiuch K, Kuwata-Gonokami M. Dannelse af en høj Tc elektron-hul væske i diamant. Fysiske anmeldelsesbreve. 88 . 057404 (2002).
  5. ↑ Teofilov N., Schliesing R., Thonke K., Zacharias H., Sauer R., Kanda H. Optisk høj excitation af diamant: fasediagram af excitoner, elektron-hul væske og elektron-hul plasma. Diamant og relaterede materialer. 12 . 636-641 (2003).
  6. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Rekombinationsstråling i syntetisk og naturlig diamant under påvirkning af pulserende laser UV-stråling. Universiteternes sager. Fysik. 58 . 36-46 (2015).
  7. ↑ Vasilchenko A. A., Kopytov G. F. Højtemperatur-elektronhulsvæske i diamantfilm. Universiteternes sager. Fysik. 61 . 727 (2018).
  8. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Pulserende fotokonduktivitet af diamant under kvasi-stationær excitation ved laserstråling ved 222 nm under betingelserne for eksistensen af ​​en elektron-hul væske. Breve til JETF. 103 . 755-761 (2016).

Litteratur