Сверхтекучесть разреженного газа электрон-дырочных пар в двухслойной системе

Abstract

Исследованы условия устойчивости сверхтекучей фазы в двухслойных системах со спариванием пространственно разделенных электронов и дырок в пределе низкой плотности. Получено общее выражение для спектра коллективных возбуждений. Показано, что при увеличении расстояния между слоями d в спектре возбуждений появляется минимум. Когда d достигает критического значения, сверхтекучее состояние становится неустойчивым относительно образования фазы типа вигнеровского кристалла. Такая же неустойчивость имеет место при увеличении плотности носителей при фиксированном d. Установлено, что критическое расстояние и критическая плотность связаны обратным степенным законом. Изучено влияние примесей на температуру сверхтекучего перехода и найдены условия, при которых это влияние будет слабым. Показано, что в разреженных системах можно достичь критической температуры Тс ≈ 100 К.

Досліджено умови стабільності надплинного стану в двошарових системах зі спаровуванням просторово розділених електронів і дірок в границі низької щільності. Одержано загальний вираз для спектру колективних збуджень. Показано, що при збільшенні відстані між шарами d в спектрі збуджень виникає мінімум. Коли d досягає критичної величини, надплинний стан стає нестійким відносно утворення фази типу вігнеровського кристалу. Така сама нестійкість має місце при збільшенні щільності носіїв при фіксованій d. Встановлено, що критична відстань і критична щільність зв'язані між собою оберненим степеневим законом. Вивчено вплив домішок на температуру надплинного переходу і знайдено умови, при яких такий вплив є слабким. Показано, що в розріджених системах можна досягнути критичної температури Tc ≈ 100 К.

The stability conditions for a superfluid phase in double layer systems with pairing of spatially separated electrons and holes were studied in the low density limit, and the general expression for the collective excitation spectrum was obtained. It was shown that as the distance d between the layers increases, a minimum appears in the excitation spectrum. When d reaches a critical value, the superfluid state becomes unstable with respect to the formation of a phase of the Wigner-crystal type. The same instability occurs at a fixed d upon an increase in the density of charge carriers. It was established that the critical distance and the critical density are related through inverse-power dependence. The impact of impurities on the temperature of the superfluid transition was investigated and the conditions under which it is small were established. It was shown that the critical temperature Tc ≈ 100 K can be reached in the diluted systems.