Трион (физика) - Trion (physics)

А трион представляет собой локализованное возбуждение, состоящее из трех заряженных частиц. Отрицательный трион состоит из двух электроны и один дыра а положительный трион состоит из двух дырок и одного электрона. Сам трион - это квазичастица и чем-то похож на экситон, который представляет собой комплекс из одного электрона и одной дырки. У триона есть земля синглетное состояние (вращение s = 1/2) и возбужденное триплет государственный (s = 3/2). Здесь синглет и тройка вырождение происходят не от всей системы, а от двух идентичных частиц в ней. Полуцелое значение спина отличает трионы от экситонов во многих явлениях; например, энергетические состояния трионов, но не экситонов, расщепляются в приложенном магнитном поле. Состояния триона были предсказаны теоретически в 1958 году;[1] они наблюдались экспериментально в 1993 г. в CdTe / Cd1-хZnИксКвантовые ямы,[2] а позже в различных других оптически возбужденных полупроводник конструкции.[3][4] Существуют экспериментальные доказательства их существования в нанотрубках.[5] поддерживается теоретическими исследованиями.[6]Несмотря на многочисленные сообщения об экспериментальных наблюдениях трионов в различных полупроводниковых гетероструктурах, существуют серьезные опасения относительно точной физической природы обнаруженных комплексов. Первоначально предполагаемая «истинная» частица триона имеет делокализованную волновую функцию (по крайней мере, в масштабах нескольких радиусов Бора), в то время как недавние исследования показывают значительную связь с заряженными примесями в реальных полупроводниковых квантовых ямах.[7]

Трионы наблюдались в атомарно тонких двумерных (2D) полупроводниках из дихалькогенидов переходных металлов.[8][9] В 2D-материалах форма взаимодействия между носителями заряда модифицируется нелокальной экранировкой, обеспечиваемой атомами в слое. Взаимодействие на малых расстояниях приблизительно логарифмическое и кулоновское 1 /р формируются на большом расстоянии.[10] В диффузия Монте-Карло Метод был использован для получения численно точных результатов для энергий связи трионов в 2D-полупроводниках в рамках приближения эффективной массы.[11][12][13]

Рекомендации

  1. ^ Ламперт, Мюррей А. (1958). «Подвижные и неподвижные комплексы эффективных масс-частиц в неметаллических твердых телах». Письма с физическими проверками. 1 (12): 450–453. Bibcode:1958ПхРвЛ ... 1..450Л. Дои:10.1103 / PhysRevLett.1.450.
  2. ^ Kheng, K .; Cox, R.T .; d 'Aubigné, Merle Y .; Бассани, Франк; Saminadayar, K .; Татаренко, С. (1993). «Наблюдение отрицательно заряженных экситонов X− в полупроводниковых квантовых ямах ». Письма с физическими проверками. 71 (11): 1752–1755. Дои:10.1103 / PhysRevLett.71.1752. PMID  10054489.
  3. ^ Москаленко, С. А .; и другие. (2000). Бозе-эйнштейновская конденсация экситонов и биэкситонов: и когерентная нелинейная оптика с экситонами. Издательство Кембриджского университета. п. 140. ISBN  0-521-58099-4.
  4. ^ Бимберг, Дитер (2008). Полупроводниковые наноструктуры. Springer. С. 243–245. ISBN  978-3-540-77898-1.
  5. ^ Matsunaga, R .; Matsuda, K .; Канемицу Ю. (2011). «Наблюдение заряженных экситонов в дырочно-легированных углеродных нанотрубках с использованием фотолюминесценции и абсорбционной спектроскопии». Phys. Rev. Lett. 106 (37404): 1. arXiv:1009.2297. Bibcode:2011PhRvL.106c7404M. Дои:10.1103 / PhysRevLett.106.037404. PMID  21405298.
  6. ^ Марченко, Сергей (2012). «Стабильность трионных состояний в зигзагообразных углеродных нанотрубках». Укр. J. Phys. 57: 1055–1059. arXiv:1211.5754. Bibcode:2012arXiv1211.5754M.
  7. ^ Соловьев, В.В .; Кукушкин, И. (2009). «Измерение энергии связи отрицательно заряженных экситонов в квантовых ямах GaAs / Al0.3Ga0.7As». Phys. Ред. B. 79 (23): 233306. arXiv:0906.5612. Bibcode:2009PhRvB..79w3306S. Дои:10.1103 / PhysRevB.79.233306.
  8. ^ Ross, J.S .; и другие. (2013). «Электрический контроль нейтральных и заряженных экситонов в однослойном полупроводнике». Nat. Сообщество. 4: 1474. arXiv:1211.0072. Bibcode:2013НатКо ... 4.1474R. Дои:10.1038 / ncomms2498. PMID  23403575.
  9. ^ Мак, К.Ф .; и другие. (2013). "Тесно связанные трионы в монослое MoS2". Nat. Матер. 12 (3): 207–211. arXiv:1210.8226. Bibcode:2013НатМа..12..207М. Дои:10.1038 / nmat3505. PMID  23202371.
  10. ^ Келдыш, Л.В. (1979). «Кулоновское взаимодействие в тонких полупроводниковых и полуметаллических пленках».. ЖЭТФ. 29: 658.
  11. ^ Ганчев Б .; и другие. (2015). «Трехчастичные комплексы в двумерных полупроводниках». Phys. Rev. Lett. 114 (10): 107401. arXiv:1408.3981. Bibcode:2015PhRvL.114j7401G. Дои:10.1103 / PhysRevLett.114.107401. PMID  25815964.
  12. ^ Mayers, M.Z .; и другие. (2015). "Энергии связи и пространственные структуры малых комплексов носителей в однослойных дихалькогенидах переходных металлов посредством диффузионного Монте-Карло". Phys. Ред. B. 92 (16): 161404. arXiv:1508.01224. Bibcode:2015ПхРвБ..92п1404М. Дои:10.1103 / PhysRevB.92.161404.
  13. ^ Шинишевский, М .; и другие. (2017). «Энергии связи трионов и биэкситонов в двумерных полупроводниках из диффузионных квантовых расчетов Монте-Карло». Phys. Ред. B. 95 (8): 081301 (R). arXiv:1701.07407. Bibcode:2017ПхРвБ..95х1301С. Дои:10.1103 / PhysRevB.95.081301.