Kapalina s elektronovými otvory

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 30. ledna 2021; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Kapalina s elektronovou dírou  je nerovnovážná fáze elektronových excitací, která existuje v některých polovodičích při nízkých teplotách, pokud koncentrace nosičů náboje ( vodivostní elektrony a díry ) překročí určitou kritickou hodnotu. Existence kapaliny s elektronovou dírou byla objevena a zkoumána na počátku 70. let [1] . Nejlépe se zkoumá pro křemík a germanium . Od roku 2000 je kapalina s elektronovými dírami studována v diamantu [2] .

Kapalina elektronových děr vzniká při vysoké koncentraci elektronů a děr, čehož lze dosáhnout vstřikováním nebo excitací při intenzivním laserovém ozařování. Elektrony a díry v polovodičích, vázané v párech, tvoří kvazičástice, které se nazývají excitony . Excitony se mohou také spárovat a vytvořit biexcitony . Při vysoké koncentraci elektronů a děr však vzniká stav podobný plazmatu , ve kterém je stíněna Coulombova interakce mezi kvazičásticemi. Je to tento degenerovaný stav podobný kovu, který se nazývá kapalina s elektronovou dírou. Při jeho vzniku dochází k fázovému přechodu (za podmínek vzdálených od rovnováhy) a původně homogenní plyn excitací se rozpadá na kapky kapaliny s elektronovou dírou s vysokou koncentrací kvazičástic, obklopené oblastmi podobnými plynu s nízkou koncentrací. kvazičástic.

Materiál Kritická teplota Kritická koncentrace Velikosti kapiček
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
Křemík 28 K 1,2⋅10 18 cm −3 0,1-10 um
Germanium 7 K 0,6⋅10 17 cm −3 4-10 um

Tvorbu kapiček kapaliny s elektronovou dírou dokládá výskyt v emisních spektrech kromě excitonové čáry také široké pásmo odpovídající rekombinaci elektron-díra . Studium kapaliny s elektronovou dírou je praktické. Vlivem odlišné pracovní funkce elektronu a díry při vypařování získává kapka elektron-dírové kapaliny povrchový elektrický náboj [1] . Existence kapaliny s elektronovou dírou v polovodiči vede ke zvýšení fotoproudu, což bylo prokázáno u germania [1] a diamantu [8] .

Poznámky

  1. ↑ 1 2 3 Keldysh a kol., 1988 .
  2. ↑ Thonke K., Schliesing R., Teofilov N., Zacharias H., Sauer R., Zaitsev AM, Kanda H., Anthony TR Electron-hole drops in syntetický diamant. Diamant a příbuzné materiály. 9 . 428-431 (2000).
  3. ↑ Vouk M.A. Podmínky nutné pro vznik elektronové dírové kapaliny v diamantu a výpočet jejích parametrů. Journal of Physics C: Solid State Physics. 12 . 2305-2312 (1979).
  4. ↑ Shimano R, Nagai M, Horiuch K, Kuwata-Gonokami M. Vznik kapaliny s vysokým obsahem Tc elektronových děr v diamantu. Fyzické kontrolní dopisy. 88 . 057404 (2002).
  5. ↑ Teofilov N., Schliesing R., Thonke K., Zacharias H., Sauer R., Kanda H. Optická vysoká excitace diamantu: fázový diagram excitonů, elektron-díra kapaliny a elektron-díra plazmatu. Diamant a příbuzné materiály. 12 . 636-641 (2003).
  6. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Rekombinační záření v syntetickém a přírodním diamantu pod vlivem pulzního laserového UV záření. Sborník vysokých škol. Fyzika. 58 . 36-46 (2015).
  7. ↑ Vasilchenko A. A., Kopytov G. F. Vysokoteplotní kapalina s elektronovými dírami v diamantových filmech. Sborník vysokých škol. Fyzika. 61 . 727 (2018).
  8. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Pulzní fotovodivost diamantu při kvazistacionární excitaci laserovým zářením při 222 nm za podmínek existence kapaliny s elektronovou dírou. Dopisy JETF. 103 . 755-761 (2016).

Literatura