Магнитоэкситонный конденсат в квантово-холловском диэлектрике: фазовая диаграмма Текст научной статьи по специальности «Физика»

Магнитоэкситонный конденсат в квантово-холловском диэлектрике: фазовая

диаграмма

А.В.Горбунов,1* П.С.Бережной,1,2 А.С.Кореев,1,3 В.В.Соловьев,1 Л.В.Кулик,1

В.Б. Тимофеев1

1ИФТТРАН, 142432, Московская обл., г. Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, д.2 2НИУ Высшая школа экономики, 101000, г. Москва, ул. Мясницкая, д.11

3МФТИ (НИУ), 141701, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер., д.9

*e-mail: gorbunov@issp.ac.ru

Триплетные циклотронные магнитоэкситоны (ТЦМЭ) в квантово -холловском диэлектрике (фактор заполнения v = 2) образованы неравновесной электронной вакансией (ферми-дыркой) на полностью заполненном нулевом электронном уровне Ландау и возбужденным электроном с перевернутым спином на пустом первом уровне Ландау [1, 2]. ТЦМЭ - это нижайшие по энергии возбуждения [2, 3] и, кроме того, композитные бозоны со спином 5 = 1 и долгим временем жизни - до 1 мс [4]. При температуре Т S 1 K и концентрации nex~(1 — 10)% от плотности квантов магнитного потока в ансамбле ТЦМЭ формируется новое состояние электронной материи - магнитофермионный (магнитоэкситонный) конденсат [4] - экспериментальный пример конденсации композитных бозонов в пространстве обобщенных импульсов.

ТЦМЭ - «темные» квазичастицы, не взаимодействующие с электромагнитным полем в дипольном приближении, и основной способ их обнаружения - фотоиндуцированное резонансное отражение (ФРО) света, соответствующего оптическому переходу «0-0» между состояниями нулевых уровней Ландау тяжелой дырки в валентной зоне и электрона в зоне проводимости. Методом ФРО детектируются неравновесные ферми-дырки, входящие в состав ТЦМЭ. При фиксированной плотности мощности Ppump фотовозбуждения из валентной зоны на более высокие электронные уровни Ландау плавное понижение T ниже 1 K приводит к скачкообразному увеличению амплитуды ФРО, что связано с формированием конденсированного состояния. Варьирование Ppump и T позволило нам ранее построить фазовую диаграмму перехода «газ-конденсат» в координатах «температура - плотность мощности» в диапазоне 0.53 SS Т S 0.85 K [4]. Теперь за счет использования криостата растворения удалось определить фазовую границу в диапазоне 0.04 S T S 0.85 K. Обнаружено, что при 0.04 S T S 0.6 K связь Ppump с температурой на границе перехода близка к линейной, а при Т > 0.6 K наблюдается сильный сверхлинейный рост. Очевидно, что при nex ^ 10% от плотности квантов магнитного потока ферми-дырка становится плохо определенным зарядовым возбуждением, и нужно говорить о возбужденных электронах, а не о связанных в ТЦМЭ электрон-дырочных парах. Т.е. обсуждать вид фазовой границы имеет смысл только при Т < 0.6 K, причем физический смысл имеет граница в координатах «Г — nex ». При стационарной накачке ftex~PpUmpT, где т- время жизни ТЦМЭ. Измеренная в диапазоне 0.04 S Г S 0.6 K зависимость т(Г) демонстрирует линейное спадание с температурой, и произведение ^ритр(Г)т(Г)) остается фактически постоянным. Таким образом, на границе перехода nex не меняется с температурой - магнитоэкситонный конденсат ведет себя как несжимаемая жидкость.

Литература

[1] M. A. Eriksson, A. Pinczuk, B. S. Dennis et al., Phys. Rev. Lett. 82, 2163 (1999).

[2] L.V. Kulik, I.V. Kukushkin, S. Dickmann et al., Phys. Rev. B 72, 073304 (2005).

[3] S. Dickmann, I. V. Kukushkin, Phys. Rev. B 71, 241310 (2005).

[4] L.V. Kulik, A.S. Zhuravlev, S. Dickmann et al., Nature Commun. 7, 13499 (2016).

24