Un líquido de huecos de electrones es una fase de no equilibrio de excitaciones electrónicas que existe en algunos semiconductores a bajas temperaturas si la concentración de portadores de carga ( electrones de conducción y huecos ) supera un cierto valor crítico. La existencia de un líquido con huecos de electrones se descubrió e investigó a principios de la década de 1970 [1] . Se estudia mejor para el silicio y el germanio . Desde el año 2000, el líquido de huecos de electrones se ha estudiado en el diamante [2] .
Un líquido con huecos de electrones surge con una alta concentración de electrones y huecos, lo que puede lograrse mediante inyección o excitación bajo intensa irradiación láser. Los electrones y los huecos en los semiconductores, unidos por pares, forman cuasipartículas, que se denominan excitones . Los excitones también pueden emparejarse para formar biexcitones . Sin embargo, a una alta concentración de electrones y huecos, se crea un estado similar al plasma , en el que se filtra la interacción de Coulomb entre las cuasipartículas. Es este estado degenerado similar al metal lo que se denomina líquido de huecos de electrones. Cuando se forma, se produce una transición de fase (en condiciones alejadas del equilibrio) y el gas de excitación inicialmente homogéneo se descompone en gotas de un líquido de huecos de electrones con una alta concentración de cuasipartículas, rodeadas de regiones gaseosas con una baja concentración. de cuasipartículas.
| Material | Temperatura crítica | Concentración crítica | Tamaños de gota |
|---|---|---|---|
| Diamante | 138 K [3] , 165 K [4] , 173 K [5] , 197 K [6] , 260 K [7] | 4.0⋅10 19 cm −3 | 0,001-1 micras |
| Silicio | 28K | 1.2⋅10 18 cm −3 | 0,1-10 micras |
| Germanio | 7K | 0.6⋅10 17 cm −3 | 4-10 micras |
La formación de gotitas de un líquido de huecos de electrones se evidencia por la aparición en los espectros de emisión, además de la línea de excitón, de una banda ancha correspondiente a la recombinación de huecos de electrones . El estudio de un líquido con huecos de electrones es de interés práctico. Debido a la diferente función de trabajo de un electrón y un hueco durante la evaporación, una gota de un líquido con huecos de electrones adquiere una carga eléctrica superficial [1] . La existencia de un líquido de huecos de electrones en un semiconductor conduce a un aumento de la fotocorriente, lo que se ha demostrado en germanio [1] y diamante [8] .