Фононный ветер и перенос экситонов в полупроводнике Cu2 О

• Автор: Копелевич, Григорий Александрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 63 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
§ 1.1 Поиск БЭК в атомарных системах и полупроводниках
§ 1.1.1 Атомарные системы
§ 1.1.2 Экситонные системы в полупроводниках
§ 1.2 Экситоны в СигО
§1.3 Поток неравновесных фононов (фононный ветер)
Глава 2. Модель фононного ветра
§ 2.1 Сила фононного ветра при импульсном приповерхностном возбуждении полупроводника
§ 2.2 Уравнение переноса экситонов
§ 2.3 Разностная схема для уравнения переноса
Глава 3. Результаты и обсуждение численных расчетов
§3.1 Одиночное импульсное возбуждение
§ 3.2 Двухимпульсное возбуждение
§ 3.3 Импульсное возбуждение и постоянная накачка
Заключение
Список литературы

Введение
Предметом рассмотрения настоящей работы является макроскопический перенос экситонов в полупроводнике С112О при низких температурах и импульсном возбуждении глубоко в зону, обнаруженный эксперименталь-
экситонного газа в сверхтекучее состояние (возникновению Бозе-Эйнштейн-овской конденсации экситонов).
Явление Бозе-Эйнштейновской конденсации (БЭК), заключающееся в макроскопическом заселении основного состояния идеального Бозе газа при достижении критической температуры
где п - концентрация газа, т и д - масса и вырождение основного состояния бозе-частиц, было теоретически предсказано Эйнштейном более 70 лет назад [6]. Только в последние годы появились первые экспериментальные доказательства осуществления БЭК в системе лазерно и магнитно охлажденных атомов Шэ [7], Ка [8, 9], Ы [10, 11] и совсем недавно - в атомарном водороде [12]. Основной сложностью при поиске БЭК в атомарных системах является необходимость охлаждения газа до сверхнизких температур. Например, БЭК в ИЪ и Ка была получена при охлаждении до долей мкК [7, 8] (в атомарном водороде [12], из-за меньшей массы атомов, достаточно десятков мкК). Для облегчения экспериментального исследования свойств БЭК было бы весьма желательно поднять температуру БЭК хотя бы до гелиевых температур. Хорошо известно, что это возможно только при использовании газа экситонов в полупроводниках, благодаря их малой массе (порядка электронной). Несмотря на то, что возможность наблюдения БЭК в системе экситонов в полупроводнике обсуждается уже весьма долго [13], до сих пор, в отличие от атомарных систем, решающих свидетельств в пользу осуществления БЭК в какой-либо экситонной системе
но [1]-[5], и приписываемый авторами экспериментальных работ переходу

пока не получено. Исследовались следующие экситонные системы: эксито-ны в неоднородно напряженном Се [14], биэкситоны в СиС1 [15], экситоны в СигО [16,17,18], [1]-[5], пространственно непрямые экситоны в АЬ/СаАэ двойных квантовых ямах [19].
Начиная с 1990 г., были проведены исследования Вольфа, Мизировича, Сноука и др. [18] - [1], в которых с пространственным и временным разрешением измерялись спектры фотолюминесценции экситонов в СО, и было показано, что при максимальных интенсивностях возбуждения определяемое из спектра фотолюминесценции распределение экситонов по энергиям становилось Бозе-Эйнштейновским и очень близким к вырожденному, с химическим потенциалом ц « 0. Однако в связи с тем, что из данных по фотолюминесценции нельзя ответить на вопрос, образуется ли все-таки бо-зе конденсат, в этих экспериментах был дополнительно исследован разлет экситонов из приповерхностной области.
Наиболее интересной обнаруженной в [18] особенностью поведения системы экситонов в С112О является разлет экситонного газа из области приповерхностного возбуждения в глубину кристалла: чисто диффузионный при меньших интенсивностях накачки, и баллистический (со звуковой скоростью разлета) при больших накачках.
В последующих экспериментах [1]-[5] был продемонстрирован (при увеличении энергии возбуждающего импульса) перенос экситонов через весь кристалл на макроскопическое расстояние вплоть до 1 см. Были исследованы зависимости переноса экситонов от интенсивности возбуждения, температуры образца, нелинейная зависимость сигнала при последовательном возбуждении экситонов двумя импульсами и одновременном действии импульсного возбуждения и постоянной подсветки образца.
Такое недиффузионное распространение экситонов вглубь кристалла и возникающая при этом нелинейность были объяснены авторами образованием БЭК и переходом газа экситонов в сверхтекучее состояние.
Однако условия экспериментов [18],[1]-[5] таковы, что расширение га-
Рисунок 6. Скорость прибытия максимума экситонного сигнала и удвоенная полуширина экситонного сигнала как функции интенсивности накачки, для кристалла толщиной 2.2 мм при температуре 2.1 К, в зависимости от длины волны возбуждения Л = 532нм (а), 577.7нм (б), 592нм (в): эксперимент [3] (треугольники и окружности) и теория (сплошные кривые -И = 600см2/с, штриховые кривые - О = 100см2/с).