Для экситонов описали новый физический эффект

25 января 2021
93

Ученые из Университета ИТМО доказали, что нейтрально заряженные квазичастицы — экситоны — в полупроводнике под действием перпендикулярного магнитного поля ведут себя так же, как электроны в классическом эффекте Холла. Результаты исследования упростят изучение таких форм материи, как конденсат Бозе — Эйнштейна. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Для того, чтобы получить классический эффект Холла для электронов, к пластине из полупроводника или металла, по которой течет электрический ток, нужно приложить перпендикулярно направленное магнитное поле. Тогда все электроны отклонятся в одну сторону, создав там отрицательный заряд, а другая сторона будет заряжена положительно, в результате чего между правым и левым торцами возникнет напряжение.

Исследователи из Университета ИТМО обнаружили аналогичный эффект для составных нейтральных квазичастиц — экситонов. Это явление можно наблюдать при воздействии лазера на пластину полупроводника, такого как арсенид галлия, в присутствии магнитного поля. Новое явление получило название «аномальный экситонный эффект Холла». 

«Если взять пленку полупроводникового материала и посветить на нее лазерным лучом под углом, то можно создать направленный поток экситонного газа. Теперь к нашей пленке приложим перпендикулярное магнитное поле. Облачко экситонов отклонится в одну сторону. Так мы получили полный аналог эффекта Холла, но для нейтрально заряженных составных квазичастиц», — рассказывает соавтор исследования, аспирант Нового физтеха Университета ИТМО Валерий Козин.

С помощью описанного в статье процесса можно будет разделять «светлые» и «темные» экситоны. При образовании экситонного газа «светлые» экситоны схлопываются, излучая свет. Другие, «темные», прекращают свое существование без испускания света. Изучать и получать их намного сложнее, ведь появляются оба вида квазичастиц вместе. Предложенный метод отделения светлых от темных экситонов сможет решить эту проблему.

Открытый эффект вряд ли сразу найдет столь же широкое применение в быту, как эффект Холла, используемый в каждом смартфоне. Однако ученые считают, что результаты их работы важны для ученых, которые исследуют экситоны. По сравнению с обычными атомами эти квазичастицы значительно упрощают процесс изучения таких сложных состояний материи, как конденсат Бозе — Эйнштейна.