Многочастичные коллективные явления в полупроводниках

академик РАН, д.ф.-м.н. профессор В. Б. Тимофеев

1. Экситоны в кристаллах.
   1. Приближение сильной связи и экситоны Френкеля. Поперечное и продольное расщепление. Давыдовская дублетная структура спектров молекулярных кристаллов (экспериментальные примеры: бензол, антрацен и др.).
   2. Водородоподобная модель экситона (экситоны Ванье-Мотта). Приближение эффективной массы для водородоподобного экситона. Два класса дискретных экситонных спектров: разрешенные и запрещенные в нулевом порядке по волновому вектору оптические переходы. Поглощение в области диссоциированных экситонных состояний.
   3. Экситоны в сильно анизотропных кристаллических средах. Экситоны в низкоразмерных системах: квантовые ямы, квантовые нити, квантовые точки (примеры на основе полупроводниковых гетероструктур). Оптические спектры и правила отбора дипольно-разрешенных переходов
2. Влияние внешних статических полей на экситонные спектры. Экситоны в магнитном поле: нормальный эффект Зеемана, расщепления, связанные со спином экситона, правила отбора. Экситон в сильном магнитном поле, диамагнитные экситоны.
3. Оптическая ориентация спинов носителей и экситонов в полупроводниках. Спин-решеточная и спин-спиновая релаксация. Оптическое детектирование спин-ориентированных носителей и экситонов. Оптическое выстраивание дипольных моментов экситонов. Кросс-релаксация и фазовая когерентность оптически ориентированных экситонов.
4. Экситон-фононное взаимодействие с деформационными и поляризационными фононами и непрямые экситон-фононные переходы, вид оптических спектров поглощения и люминесценции ( примеры - германий, кремний и арсенид галлия).
5. Эффекты запаздывания и пространственной дисперсии в области экситонных резонансов. Экситонные поляритоны, добавочные свето-экситонные волны и их экспериментальные наблюдения. Двумерные экситонные поляритоны в микрорезонаторах. Свето-экситонное взаимодействие, частота Раби.
6. Эффекты коллективного взаимодействия в системе экситонов и неравновесных носителей большой плотности. Экситонные молекулы и трионы (экспериментальные примеры - германий, кремний, арсенид галлия).
7. Конденсация экситонов в капли электрон-дырочной жидкости (ЭДЖ). Расчет энергии основного состояния ЭДЖ (пример - германий). Фазовая диаграмма перехода: экситонный газ - электрон-дырочная жидкость. Переход Мотта в системе экситонов большой плотности. Увлечение электрон-дырочных капель фононами. Рекомбинационный магнетизм капель ЭДЖ. Альвеновские волны в каплях электронно-дырочной жидкости, гигантские электрон-дырочные капли. Экспериментальные примеры.
8. Лазерное охлаждение и бозе-эйнштейновская конденсация разреженных атомных систем. Когерентность бозе-эйнштейновского конденсата и недиагональный параметр порядка (параметр Пенроуза-Онсагера). Бозе-эйнштейновская конденсация экситонов и двумерных экситонных поляритонов в микрорезонаторах. Когерентность экситонного бозе-конденсата и сверхтекучесть экситонной материи.
9. Многоэкситонные примесные комплексы в многодолинных полупроводниках, оболочечная модель таких комплексов. Электрон-электронные корреляции и тонкая структура в спектрах многоэкситонных комплексов.
10. Экситоны в магнито-смешанных полупроводниках. Гигантские парамагнитные расщепления и эффекты обменного взаимодействия. Магнитный полярон.
11. Магнитооптика сильно коррелированных двумерных электронных систем.
    1. Плотность состояний в поперечном магнитном поле и влияние флуктуаций случайного потенциала на форму одночастичного электронного спектра (на примере полевого транзистора). Экранирование (включая нелинейное экранирование) флуктуаций случайного потенциала в квази-двумерных системах. Локализованные и протяженные состояния. Квантовый эффект Холла - целочиcленный и дробный. Несжимаемая квантовая ферми-жидкость и дробные заряды квазичастичных возбуждений. Электронный спектр и квантовый эффект Холла в графене.
    2. Концепция композитных фермионов и бозонов, скирмионы. Двумерный электронный Вигнеровский кристалл.