ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНАЯ ЖИДКОСТЬ

ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНАЯ ЖИДКОСТЬ

       

конденсированное состояние неравновесной электронно-дырочной плазмы в полупроводниках (см. ПЛАЗМА ТВЁРДЫХ ТЕЛ). Э.-д. ж. образуется, когда концентрация носителей заряда — эл-нов проводимости и дырок (свободных или связанных в экситоны) — превышает нек-рое, зависящее от темп-ры, критич. значение nкр(Т). Эта концентрация легко достигается с помощью инжекции носителей, освещения и т. п. При достижении nкр в системе носителей происходит фазовый переход, подобный переходу газ — жидкость, в результате к-рого она расслаивается на две фазы: капли относительно плотной Э.-д. ж., окружённые газом экситонов и свободных носителей. При этом плотность и крист. структура полупроводникового кристалла остаются практически неизменными.

В отличие от обычных жидкостей в Э.-д. ж. отсутствуют тяжёлые ч-цы. Поэтому Э.-д. ж. обладает сильно выраженными квант. свойствами: 1) она не может кристаллизоваться, а остаётся жидкостью вплоть до самых низких темп-р (см. КВАНТОВАЯ ЖИДКОСТЬ); 2) она не может быть жидкостью мол. типа, т. е. состоять из экситонов или экситонных молекул, а состоит из квазисвободных эл-нов и дырок, т. е. подобна жидкому металлу.

Кулоновское вз-ствие, связывающее ч-цы в Э.-д. ж., ослаблено диэлектрич. проницаемостью кристалла. Поэтому по сравнению с обычными жидкостями энергии связи ?0 на одну ч-цу и концентрация ч-ц n в Э.-д. ж. малы (?0=10-2—10-1 эВ, n0=1017—1019 см-3). Область темп-р Т, при к—рых возможно существование Э.-д. ж., по порядку величины определяется соотношением: kT?0,1?0, Т=10—100 К.

Диаметр капель =1—10 мкм, однако в спец. условиях удаётся наблюдать капли с диаметрами до 1 мм (рис.). Капли можно ускорять до скоростей порядка скорости звука в кристалле, т. е. это подвижные области высокой металлич. проводимости внутри практически непроводящего (при низких Т) кристалла. Э.-д. ж. можно рассматривать как устойчивые макроскопич. «сгустки» введенной в кристалл энергии возбуждения. Эта энергия выделяется в процессе рекомбинации эл-нов и дырок частично в виде эл.-магн. излучения, поэтому Э.-д. ж. являются интенсивными источниками света. Э.-д. ж. наиболее полно изучена в Ge и Si, однако есть указания на её существование и в др. полупроводниках.

фотография электронно-дырочной капли в Ge: 1 — образец Ge; 2 — электронно-дырочная капля.