Medlennaya mezhzonnaya rekombinatsiya kak prichina anomal'nogo termoelektricheskogo otklika p−n perekhodov

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Термоэлектрические эффекты в p-n переходах широко используются для генерации энергии из градиентов температуры, создания компактных охладителей Пельтье и, в последнее время, для чувствительного детектирования инфракрасного и терагерцового излучения. Обычно предполагается, что электроны и дырки, создающие термоэлектрический ток, находятся в равновесии и имеют общий квазиуровень Ферми. Мы показываем, что отсутствие межзонного равновесия приводит к аномальному знаку и величине термоэлектрического напряжения, возникающего на p-n переходе. Аномалии возникают при условии, что диффузионная длина неосновных носителей заряда превышает размер горячего пятна на переходе. Нормальная величина термоэлектрического напряжения частично восстанавливается, если допускается межзонное туннелирование на p-n переходе. Предсказываемые эффекты могут быть важны в криогенно охлаждаемых фотоодекторах на основе двуслойного графена и квантовых ям CdHgTe.

About the authors

A. S Petrov

Email: petrov.as@mipt.ru

D. A Svintsov

References

  1. A. Rogalski, M. Kopytko, and P. Martyniuk, Appl. Phys. Rev. 6, 021316 (2019).
  2. F. H. L. Koppens, T. Mueller, P. Avouris, A. C. Ferrari, M. S. Vitiello, and M. Polini, Nature Nanotech. 9, 780 (2014).
  3. N. M. Gabor, J. C. W. Song, Q. Ma, N. L. Nair, T. Taychatanapat, K. Watanabe, T. Taniguchi, L. S. Levitov, and P. Jarillo-Herrero, Science 334, 648 (2011).
  4. S. Castilla, B. Terres, M. Autore, L. Viti, J. Li, A. Y. Nikitin, I. Vangelidis, K. Watanabe, T. Taniguchi, E. Lidorikis, M. S. Vitiello, R. Hillenbrand, K.-J. Tielrooij, and F. H. Koppens, Nano Lett. 19, 2765 (2019).
  5. S. Castilla, I. Vangelidis, V.-V. Pusapati, J. Goldstein, M. Autore, T. Slipchenko, K. Rajendran, S. Kim, K. Watanabe, T. Taniguchi, L. Martin-Moreno, D. Englund, K.-J. Tielrooij, R. Hillenbrand, E. Lidorikis, and F. H. L. Koppens, Nat. Commun. 11, 4872 (2020).
  6. E. Titova, D. Mylnikov, M. Kashchenko, I. Safonov, S. Zhukov, K. Dzhikirba, K. S. Novoselov, D. A. Bandurin, G. Alymov, and D. Svintsov, ACS Nano 17, 8223 (2023).
  7. D. Brida, A. Tomadin, C. Manzoni, Y. J. Kim, A. Lombardo, S. Milana, R. R. Nair, K. S. Novoselov, A. C. Ferrari, G. Cerullo, and M. Polini, Nat. Commun. 4, 1987 (2013).
  8. E. Malic, T. Winzer, F. Wendler, and A. Knorr, Physica Status Solidi (b) 253, 2303 (2016).
  9. G. Alymov, V. Vyurkov, V. Ryzhii, A. Satou, and D. Svintsov, Phys. Rev. B 97, 205411 (2018).
  10. I. Gierz, M. Mitrano, J. C. Petersen, C. Cacho, I. C. Edmond Turcu, E. Springate, A. Stohr, A. Kohler, U. Starke, and A. Cavalleri, J. Phys. Condens. Matter 27, 164204 (2015).
  11. S. V. Morozov, V. V. Rumyantsev, M. S. Zholudev, A. A. Dubinov, V. Y. Aleshkin, V. V. Utochkin, M. A. Fadeev, K. E. Kudryavtsev, N. N. Mikhailov, S. A. Dvoretskii, V. I. Gavrilenko, and F. Teppe, ACS Photonics 8, 3526 (2021).
  12. G. Alymov, V. Rumyantsev, S. Morozov, V. Gavrilenko, V. Aleshkin, and D. Svintsov, ACS Photonics 7, 98 (2020).
  13. N. Holonyak and S. F. Bevacqua, Appl. Phys. Lett. 1, 82 (1962).
  14. Z. I. Alferov, V. Andreev, E. Portnoi, and M. Trukan, Sov. Phys. Semiconductors 3, 1107 (1970).
  15. G. J. Pikus, Osnovy teorii poluprovodnikovych priborov, Nauka, Moscow (1965).
  16. M. S. Foster and I. L. Aleiner, Phys. Rev. B 79, 085415 (2009).
  17. F. Ghahari, H.-Y. Xie, T. Taniguchi, K. Watanabe, M. S. Foster, and P. Kim, Phys. Rev. Lett. 116, 136802 (2016).
  18. B. N. Narozhny, I.V. Gornyi, M. Titov, M. Schütt, and A.D. Mirlin, Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics 91, 1 (2015).
  19. P. Alekseev, A. Dmitriev, I. Gornyi, V. Y. Kachorovskii, B. Narozhny, and M. Titov, Phys. Rev. B 97, 085109 (2018).
  20. A. Tomadin and M. Polini, Phys. Rev. B 104, 125443 (2021).
  21. I. C. Ballardo Rodriguez, B. El Filali, O. Y. Titov, and Y. G. Gurevich, Int. J. Thermophys. 41, 65 (2020).
  22. Y. G. Gurevich and J. E. Veliazquez-Pierez, J. Appl. Phys. 114, 033704 (2013); https://doi.org/10.1063/1.4813514.
  23. G. Span, M. Wagner, S. Holzer, and T. Grasser, Thermoelectric Power Conversion using Generation of Electron-Hole Pairs, in Large Area p-n Junctions, in 2006 25th International Conference on Thermoelectrics, IEEE, Vienna (2006), p. 23.
  24. G. Bakan, N. Khan, H. Silva, and A. Gokirmak, Sci. Rep. 3, 2724 (2013).
  25. A. Woessner, R. Parret, D. Davydovskaya, Y. Gao, J.-S. Wu, M. B. Lundeberg, S. Nanot, P. Alonso-Gonzalez, K. Watanabe, T. Taniguchi, R. Hillenbrand, M. M. Fogler, J. Hone, and F. H. L. Koppens, npj 2D Mater. Appl. 1, 25 (2017).
  26. L. Ren, Q. Zhang, J. Yao, Z. Sun, R. Kaneko, Z. Yan, S. Nanot, Z. Jin, I. Kawayama, M. Tonouchi, J. M. Tour, and J. Kono, Nano Lett. 12, 3711 (2012).
  27. E. McCann, D. S. Abergel, and V. I. Fal’ko, Solid State Commun. 143, 110 (2007).
  28. M. Zholudev, F. Teppe, M. Orlita, C. Consejo, J. Torres, N. Dyakonova, M. Czapkiewicz, J. Wrobel, G. Grabecki, N. Mikhailov, S. Dvoretskii, A. Ikonnikov, K. Spirin, V. Aleshkin, V. Gavrilenko, and W. Knap, Phys. Rev. B 86, 205420 (2012).
  29. N. Stander, B. Huard, and D. Goldhaber-Gordon, Phys. Rev. Lett. 102, 026807 (2009).
  30. R. Du, M. H. Liu, J. Mohrmann, F. Wu, R. Krupke, H. von Lohneysen, K. Richter, and R. Danneau, Phys. Rev. Lett. 121, 127706 (2018).
  31. Z. D. Kvon, E. B. Olshanetsky, D. A. Kozlov, E. Novik, N. N. Mikhailov, and S. A. Dvoretsky, Low Temp. Phys. 37, 202 (2011).
  32. Z. D. Kvon, E. B. Olshanetsky, E. G. Novik, D. A. Kozlov, N. N. Mikhailov, I. O. Parm, and S. A. Dvoretsky, Phys. Rev. B 83, 193304 (2011).
  33. C. Crowell and S. Sze, Solid-State Electronics 9, 1035 (1966).
  34. H. Card, Solid-State Electronics 20, 971 (1977).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».