《Journal of Luminescence》：Current-induced magnetoexcitons in mesoscopic electron-hole plasma
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在量子化磁场中，高激发电子空穴等离子体的光响应因电电流发生重构：电流导致轻空穴通过库仑拖拽局部积累，引发强电子-空穴耦合及激子、三离子形成，显著改变光致发光谱线。
尤·A·普塞普（Yu. A. Pusep）| 马丁·A·T·帕特里西奥（M.A.T. Patricio）| 格奥尔格·M·雅各布森（G.M. Jacobsen）| 马丁·D·特奥多罗（M.D. Teodoro）| 格奥尔格·M·古塞夫（G.M. Gusev）| 阿尔卡季·K·巴卡罗夫（A.K. Bakarov）
圣卡洛斯物理研究所，圣保罗大学，巴西圣卡洛斯369,13560-970
摘要
在量子化磁场中，当电流流经GaAs/AlGaAs通道时，高度激发的电子-空穴等离子体的光学响应发生了根本性的重构。在没有电流的情况下，发射光谱是由导带和价带中的朗道能级之间的跃迁引起的。当电流达到某个临界值时，发射光谱会发生剧烈变化，此时轻空穴的贡献占主导地位。研究表明，电流由于库仑拖曳作用导致轻空穴在局部积聚，从而增强了电子-空穴的耦合，并最终形成了激子和三重态。
引言
在过去二十年里，人们对流体动力学电子系统的研究受到了广泛关注[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]。迄今为止发表的大多数实验都是通过电传输测量来研究流体动力学电子流的。然而，关于流体动力学状态下的光学响应知之甚少[8]、[9]。与此同时，半导体的光学性质提供了重要的额外信息，这些信息在电传输实验中并不总是能够获得。特别是与电子集体行为相关的数据，这是流体动力学系统的基本特征之一。在所研究样品的光谱中观察到的最简单的集体光学响应形式是激子特征。半导体中的激子由一个电子和一个通过光激发在能隙附近产生的空穴组成。激子的产生和复合是光与半导体相互作用的基本机制之一。此外，激子系统还展现出许多不寻常的性质，例如能够在不传输电荷的情况下传输能量。在某些条件下，激子会表现出多种集体性质，例如形成双激子[10]、[11]、三重态[12]以及激子凝聚[13]。
实验
本实验使用的样品是一个宽度为5微米、长度为100微米的介观GaAs通道，由单层GaAs量子阱（QW）制成，该量子阱的厚度为14纳米，采用分子束外延技术在(100)取向的GaAs基底上生长。量子阱的势垒以短周期GaAs/AlAs超晶格的形式存在。通过在短周期超晶格两侧添加δ-Si层（厚度为4.5纳米）来实现掺杂。
结果
图3(a)显示了在没有磁场的情况下从GaAs通道测得的光致发光（PL）光谱。PL发射发生在能隙和费米能级之间的能量范围内。大约1.515 eV处的弱双峰是由与中性施主（DX中心，位于1.5141 eV）结合的激子和自由激子X（1.5153 eV）在100微米宽的缓冲GaAs层中的复合过程引起的[29]。这些峰在30K时由于热诱导的电子态耗尽而消失。
总结
我们得出结论，电流诱导的激子和三重态现象是由两个因素引起的：电流引起的电子加热以及库仑拖曳作用，后者主要导致轻空穴的局部积聚。在PL收集区域，由于注入的空穴浓度较高，库仑拖曳作用使得轻空穴和重空穴被分离出来，从而在该区域主导了PL发射。
作者贡献声明
尤·A·普塞普（Yu. A. Pusep）：监督、研究、形式分析、概念化。
马丁·A·T·帕特里西奥（M.A.T. Patricio）：研究、形式分析、数据管理。
格奥尔格·M·雅各布森（G.M. Jacobsen）：研究、数据管理。
马丁·D·特奥多罗（M.D. Teodoro）：撰写-审稿与编辑、研究、数据管理。
格奥尔格·M·古塞夫（G.M. Gusev）：撰写-审稿与编辑、项目管理、研究。
阿尔卡季·K·巴卡罗夫（A.K. Bakarov）：研究。
利益冲突声明
作者声明他们没有可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
尤·A·普塞普感谢与M·M·格拉佐夫（M. M. Glazov）的许多宝贵讨论。同时，也非常感谢巴西FAPESP机构（项目编号2021/12470-8、2022/10340-2）提供的财政支持。
