Электронно-дырочная жидкость — неравновесная фаза электронных возбуждений, существующая в некоторых полупроводниках при низких температурах, если концентрация носителей заряда (электронов проводимости и дырок) превышает некоторую критическую величину. Существование электронно-дырочной жидкости было обнаружено и исследовано в начале 1970-х годов. Лучше всего она изучена для кремния и германия.

Электронно-дырочная жидкость возникает при высокой концентрации электронов и дырок, которой можно достигнуть при помощи инжекции или возбуждением при интенсивном лазерном облучении. Электроны и дырки в полупроводниках, связываясь в пары, образуют квазичастицы, которые называются экситонами. Экситоны могут также связываться в пары, образуя биэкситоны. Однако, при высокой концентрации электронов и дырок создаётся состояние, аналогичное плазме, в котором кулоновское взаимодействие между квазичастицами экранировано. Именно это вырожденное металлоподобное состояние получило название электронно-дырочной жидкости. При его образовании происходит фазовый переход (в условиях, далёких от равновесия) и изначально однородный газ возбуждений разбивается на капли электронно-дырочной жидкости с высокой концентрацией квазичастиц, окружённые газоподобными областями с низкой концентрацией квазичастиц.

Об образовании капель электронно-дырочной жидкости свидетельствует появление в спектрах излучения кроме экситонной линии также широкой полосы, отвечающей электронно-дырочной рекомбинации. Электронно-дырочная рекомбинация ограничивает время жизни капель электронно-дырочной жидкости, которое составляет от микро- до миллисекунд для непрямозонных полупроводников.

Источники

L.V. Keldysh. The electron-hole liquid in semiconductors. Contemporary physics. 27. 396—428 (1986).