Trạng thái ngưng tụ exciton mất cân bằng khối lượng trong bán kim loại/bán dẫn

Bài viết nghiên cứu ảnh hưởng của mất cân bằng khối lượng và nhiệt độ lên sự hình thành trạng thái ngưng tụ exciton trong các hệ bán kim loại, bán dẫn. Trong khuôn khổ của gần đúng Hartree-Fock không giới hạn, chúng tôi rút ra hệ phương trình tự hợp xác định tham số trật tự trạng thái ngưng tụ exciton, từ đó áp dụng gần đúng pha ngẫu nhiên tìm ra hàm cảm ứng exciton tĩnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Trạng thái ngưng tụ exciton mất cân bằng khối lượng trong bán kim loại/bán dẫn32 Đỗ Thị Hồng Hải, Phan Văn Nhâm / Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Duy Tân 6(61) (2023) 32-39 6(61) (2023) 32-39 Trạng thái ngưng tụ exciton mất cân bằng khối lượng trong bán kim loại/bán dẫn Mass imbalance excitonic condensation in the semimetallic/semiconducting materials Đỗ Thị Hồng Hảia, Phan Văn Nhâmb* Do Thi Hong Haia, Phan Van Nhamb* a Trường Đại học Mỏ - Địa chất, 18 phố Viên, Đức Thắng, Bắc Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam a Hanoi University of Mining and Geology, 18 Vien street, Duc Thang, Bac Tu Liem, Hanoi, Vietnam b Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Cao, Trường Đại học Duy Tân, Đà Nẵng, Việt Nam b Institute of Research and Development, Duy Tan University, Da Nang, 550000, Vietnam (Ngày nhận bài: 08/08/2023, ngày phản biện xong: 25/08/2023, ngày chấp nhận đăng: 20/10/2023)Tóm tắtChuyển pha trạng thái ngưng tụ exciton trong bán kim loại/bán dẫn do mất cân bằng khối lượng của điện tử và lỗ trốngđược xem xét thông qua khảo sát đồng thời tính chất của tham số trật tự trạng thái ngưng tụ exciton và hàm cảm ứngexciton tĩnh trong mô hình Falicov-Kimball mở rộng có tương tác điện tử - phonon. Áp dụng gần đúng Hartree-Fockkhông giới hạn, chúng tôi thu được hệ phương trình tự hợp xác định tham số trật tự. Trong pha đồng nhất, hàm cảm ứngexciton tĩnh cũng được xác định bằng gần đúng pha ngẫu nhiên. Kết quả tính số khẳng định, khi nhiệt độ đủ thấp và mấtcân bằng khối lượng đủ nhỏ, hệ tồn tại trạng thái ngưng tụ exciton. Bức tranh thăng giáng liên kết cặp điện tử lỗ trốngdo mất cân bằng khối lượng ở gần nhiệt độ chuyển pha trạng thái ngưng tụ được cũng được đề cập.Từ khóa: Ngưng tụ exciton; cảm ứng exciton tĩnh; mô hình Falicov-Kimball mở rộng; liên kết điện tử - phonon; mất cânbằng khối lượng.AbstractThe excitonic condensation phase transition induced by the mass imbalance of electrons and holes insemimetal/semiconducting materials is considered by examining signatures of the excitonic condensate order parameterand the static excitonic susceptibility in the extended Falicov-Kimball model involving the electron-phonon coupling. Inthe framework of the unrestricted Hartree-Fock approximation, we find a set of self-consistent equations determining theorder parameter. In the homogeneous state, we also derive an analytical expression of the static excitonic susceptibilityin the random phase approximation. The numerical results reveal a stability of the excitonic condensation state in the caseof sufficiently low temperatures and small mass-imbalance. Fluctuations of excitonic bound states near the phasetransition due to the mass imbalance are also addressed.Keywords: The excitonic condensation; the static excitonic susceptibility; the extended Falicov-Kimball model; theelectron-phonon coupling; the mass imbalance.* Tác giả liên hệ: Phan Văn NhâmEmail: phanvannham@duytan.edu.vn Đỗ Thị Hồng Hải, Phan Văn Nhâm / Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Duy Tân 6(61) (2023) 32-39 331. Đặt vấn đề Về mặt thực nghiệm, cho đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu về ngưng tụ exciton trong một Được hình thành do sự kết cặp của điện tử - số vật liệu, kết quả cho thấy có một khoảng rộnglỗ trống nhờ tương tác Coulomb, exciton được về mối quan hệ giữa khối lượng của điện tử vàxem là một giả hạt boson trung hòa về điện [1]. lỗ trống mà trạng thái ngưng tụ của exciton cóKhi mật độ đủ lớn và ở nhiệt độ đủ thấp, các thể được thiết lập [16]. Chẳng hạn như, trongexciton có thể ngưng tụ trong trạng thái lượng tử kim loại chuyển tiếp, khối lượng của lỗ trốngmới theo lý thuyết ngưng tụ Bose-Einstein. thường lớn hơn khối lượng của điện tử một chút,Trạng thái này đã được đề xuất và thu hút sự tập cụ thể mh  1,3me. Còn trong giếng lượng tử đôi,trung nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ lỗ trống thường nặng hơn điện tử rất nhiều, mh trước [2, 3]. Mặc dù vậy, bản chất của trạng thái 10me. Tuy nhiên, trong các hệ graphene, k ...