Исследователи из Университета ИТМО выяснили, что нейтрально заряженные квазичастицы — экситоны — в полупроводнике под действием перпендикулярного магнитного поля ведут себя так же, как электроны в классическом эффекте Холла. Открытие упростит изучение таких экзотических форм материи, как бозе-эйнштейновский конденсат. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.
Чтобы получить классический эффект Холла, к пластине из полупроводника или металла, по которой течёт электрический ток, нужно приложить перпендикулярно направленное магнитное поле. Тогда все электроны отклонятся в одну сторону, создав там отрицательный заряд. Соответственно, другая сторона будет иметь положительный заряд, в результате между двумя торцами пластины возникнет напряжение.
Недавно физикам ИТМО удалось обнаружить аналогичный эффект, но для составных нейтральных квазичастиц — экситонов, представляющих собой связанное состояние электрона и дырки. Открытый исследователями из Санкт-Петербурга эффект возникает при воздействии лазера на пластину полупроводника, например, арсенида галлия, в присутствии магнитного поля. Новое явление получило название аномальный экситонный эффект Холла.
«Если взять пленку полупроводникового материала и посветить на неё лазерным лучом под углом, то можно создать направленный поток экситонного газа. Теперь к нашей плёнке приложим перпендикулярное магнитное поле. Облачко экситонов отклонится в одну сторону. Так мы получили полный аналог эффекта Холла, но для нейтрально заряженных составных квазичастиц», — рассказывает аспирант Нового Физтеха Университета ИТМО Валерий Козин.
Этот эффект поможет разделять светлые и тёмные экситоны. При образовании экситонного газа часть экситонов являются «светлыми», так как схлопываясь, они излучают свет. Другие экситоны, называемые «тёмными», прекращают существование без испускания света. Изучать и получать их намного сложнее, ведь «рождаются» оба вида квазичастиц вместе. Предложенный метод отделения светлых от тёмных экситонов решит эту проблему. Дело в том, что выявленный эффект слабо проявляется на «светлых» экситонах, но весьма значителен с «тёмными».
Валерий Козин признаётся, что открытый эффект пока вряд ли найдёт столь же широкое применение в быту, как собственно эффект Холла, используемый в каждом смартфоне. Однако настаивает, что полученные результаты важны для учёных, исследующих экситоны и такие удивительные и сложные состояния материи, как конденсат Бозе—Эйнштейна.
