Сверхтекучесть и заряженные вихри в системах со спонтанной межслоевой когерентностью в пределе низкой плотности

Abstract

Изучены условия образования связанного состояния между двумерными пространственно разделенными электроном и дыркой в магнитном поле, нормальном к плоскости движения носителей. Найдены энергия связи, эффективная масса и электрическая поляризуемость электрон-дырочной пары в зависимости от расстояния между проводящими слоями d. Проанализированы особенности сверхтекучести бозе-газа электрон-дырочных пар в случае низкой плотности. Установлено, что квантованные вихри в сверхтекучей фазе имеют реальный электрический заряд, величина которого зависит от плотности пар и расстояния между слоями. В случае малых d и сильных магнитных полей заряд вихря q = ve, где v — фактор заполнения носителями нижнего уровня Ландау. Исследована устойчивость бозе-газа пар относительно перехода в кристаллическое состояние и показано, что при малых d температура кристаллизации пар Tm существенно ниже температуры сверхтекучего перехода Тс. С ростом d температура Tm растет быстрее, чем Тс и существует критическое значение d, при котором область существования сверхтекучей фазы обращается в нуль.

Вивчено умови утворення зв’язаного стану між двовимірними просторово розподіленими електроном і діркою у магнітному полі, нормальному до площини руху носіїв. Знайдено енергію зв’язку, ефективну масу та електричну поляризовність електрон-діркової пари у залежності від відстані між провідними шарами d. Проаналізовано особливості надплинності бозе- газу електрон-діркових пар у випадку низької щільності. Встановлено, що квантовані вихор і у надплинній фазі мають реальний електричний заряд, величина якого залежить від щільності пар і відстані між шарами. У випадку малих d і великих магнітних полів заряд вихоря q = ve, де v — фактор заповнення носіями нижнього рівня Ландау. Досліджено стійкість бозе-газу пар відносно переходу в кристалічний стан та показано, що при малих d температура кристалізації пар Tm суттєво нижче температури надплинного переходу Тс. З ростом d температура Tm зростає швидше, ніж Тс і існує критичне значення d, при якому область існування надплинної фази обертається у нуль.

The conditions for formation of the bound state between two-dimensional spatially-separated electron and hole at a magnetic field normal to the plane of carriers motion are studied. Binding energy, effective mass and electric polarizability as a function of separation between conducting layers, d, are determined. The characteristic properties of Bose-gas superfluidity for electron–hole pairs in the limit of low density are analysed. It is found that the quantum vortices in the superfluid phase carrier a true electric charge the value of which depends on pair density and interlayer separation. In the limit of low d and high magnetic fields the vortex charge q = ve where v is the filling factor of the Landau lower level by carriers. The Bose-gas stability of pairs with respect to the transition to a crystal state is investigated. It is shown that for low d the temperature of pairs crystallization, Tm, is much lower than that of superfluid transition, Tc. With increase in d, the temperature Tm increases faster than Tc, and there is a critical value of d at which the existence region for the superfluid phase vanishes.