Elektronireikäinen neste

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 30. tammikuuta 2021 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Elektronireikäneste  on elektronisten viritysten epätasapainoinen vaihe , joka esiintyy joissakin puolijohteissa matalissa lämpötiloissa, jos varauksenkuljettajien ( johtuvuuselektronien ja reikien ) pitoisuus ylittää tietyn kriittisen arvon. Elektronireikänesteen olemassaolo löydettiin ja sitä tutkittiin 1970-luvun alussa [1] . Se on parhaiten tutkittu piille ja germaniumille . Vuodesta 2000 lähtien elektronireikänestettä on tutkittu timantissa [2] .

Elektronireikäneste syntyy suuressa elektronien ja reikien pitoisuudessa, mikä voidaan saavuttaa injektoimalla tai virittämällä voimakkaassa lasersäteilyssä. Puolijohteiden elektronit ja reiät, jotka sitoutuvat pareittain, muodostavat kvasihiukkasia, joita kutsutaan eksitoneiksi . Eksitonit voivat myös pariutua muodostaen bieksitoneja . Suurilla elektronien ja reikien pitoisuuksilla syntyy kuitenkin plasman kaltainen tila , jossa seulotaan kvasihiukkasten välinen Coulombin vuorovaikutus. Tätä rappeutunutta metallin kaltaista tilaa kutsutaan elektronireikänesteeksi. Kun se muodostuu, tapahtuu faasimuutos (olosuhteissa, jotka ovat kaukana tasapainosta) ja alun perin homogeeninen virityskaasu hajoaa elektronireikänesteen pisaroihin, joissa on korkea kvasihiukkaspitoisuus ja jota ympäröivät kaasumaiset alueet, joiden pitoisuus on pieni. kvasihiukkasista.

Materiaali Kriittinen lämpötila Kriittinen keskittyminen Pisaroiden koot
Timantti 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
Pii 28 K 1,2⋅10 18 cm −3 0,1-10 µm
germaaniumia 7 K 0,6⋅10 17 cm −3 4-10 µm

Elektronireikänesteen pisaroiden muodostumisen todistaa emissiospektreissä eksitoniviivan lisäksi elektronireikärekombinaatiota vastaavan laajakaistan esiintyminen . Elektronireikänesteen tutkiminen on käytännön mielenkiintoista. Elektronin ja reiän erilaisesta työtoiminnasta johtuen haihdutuksen aikana pisara elektronireikänestettä saa pintasähkövarauksen [1] . Elektronireikänesteen olemassaolo puolijohteessa johtaa valovirran kasvuun, mikä on osoitettu germaniumissa [1] ja timantissa [8] .

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 Keldysh et ai., 1988 .
  2. ↑ Thonke K., Schliesing R., Teofilov N., Zacharias H., Sauer R., Zaitsev AM, Kanda H., Anthony TR Electron-hole drops in synthetic diamond. Timantti ja siihen liittyvät materiaalit. 9 . 428-431 (2000).
  3. ↑ Vouk M.A. Timantissa olevan elektronireikänesteen muodostumiseen ja sen parametrien laskemiseen tarvittavat olosuhteet. Journal of Physics C: Solid State Physics. 12 . 2305-2312 (1979).
  4. ↑ Shimano R, Nagai M, Horiuch K, Kuwata-Gonokami M. Korkean Tc:n elektronireiän nesteen muodostuminen timantissa. Physical Review Letters. 88 . 057404 (2002).
  5. ↑ Teofilov N., Schliesing R., Thonke K., Zacharias H., Sauer R., Kanda H. Timantin optinen korkea viritys: eksitonien, elektronireikänesteen ja elektronireikäplasman vaihekaavio. Timantti ja siihen liittyvät materiaalit. 12 . 636-641 (2003).
  6. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Rekombinaatiosäteily synteettisessä ja luonnollisessa timantissa pulssilaserin UV-säteilyn vaikutuksesta. Yliopistojen julkaisut. Fysiikka. 58 . 36-46 (2015).
  7. ↑ Vasilchenko A. A., Kopytov G. F. Korkean lämpötilan elektronireikäneste timanttikalvoissa. Yliopistojen julkaisut. Fysiikka. 61 . 727 (2018).
  8. ↑ Lipatov E. I., Genin D. E., Tarasenko V. F. Timantin pulssivalojohtavuus kvasistaationaarisella virityksellä lasersäteilyllä aallonpituudella 222 nm olosuhteissa, joissa on olemassa elektronireikäneste. Kirjeitä JETF:lle. 103 . 755-761 (2016).

Kirjallisuus