Бозе-эйнштейновская конденсация экситонов и экситонных молекул.
Элементарные частицы и квазичастицы, обладающие нулевым и целочисленным спином, подчиняются стати-. стике Бозе — Эйнштейна и называются бозонами. Число бозонов в любом квантовом состоянии - ничем не ограничено. Этим они отличаются от фермионов (частиц с полуцелым спином), подчиняющихся принципу Паули, согласно которому в одном квантовом состоянии не может быть более одной из совокупности тождественных частиц.
Еще А. Эйнштейн [559], показал, что Бозе-частицы идеального газа могут накапливаться насамом нижнем энергетическом уровне при температуре газа ниже температуры вырождения. Это квантовое явление получило название бозе-эйн-штейновской конденсации. В отличие от фазового перехода пар — жидкость бозе-эйнштейновская конденсация происходит в пространстве импульсов и не сопровождается увеличением концентрации частиц в единице объема. Распределение конденсированных частиц по координатам остается равномерным.
В принципе бозе-эйнштейновская конденсация должна происходить в системе любых Бозе-частиц. Однако газ, состоящий из реальных частиц, обычно превращается в жидкость
Рис. 94. Рассчитанный спектр люминесценции бозе-конденсированного состояния экситонных молекул при 0 °К (сплошная кривая) и спектр люминесценции тех же молекул в неконденсированном состоянии для 8,2 °К (пунктирная кривая) (а) и спектр люминесценции CdSe при 1,8 °К и возбжудении пикосекундными импульсами света [565] (б)
раньше, чем достигается температура вырождения. (Исключение — гелий). Бозе-эйнштейновская конденсация должна сопровождаться скачкообразным изменением термодинамических, акустических, электрических и оптических характеристик газа.
Экситоны и экситонные молекулы обладают целочисленным спином и относятся к Бозе-частицам. Ряд физических явлений, связанных с их бозе-эйнштейновской конденсацией, рассмотрен С. А. Москаленко и другими авторами [560—562].
В состоянии бозе-эйнштейновской конденсации экситонный или биэкситонный газ должен испускать узкую линию излучения, так как отсутствует ее уширение, связанное с поступательным движением частиц [563]. Эта линия должна наблюдаться на длинноволновом крыле более широкой полосы излучения, относящейся к несконденсировакным частицам (рис. 94). Долгое время на опыте не удавалось получить бозе-эйнштейновскую конденсацию экситонов. По-видимому, это было связано с трудностями охлаждения экситонов до нужных температур при высоких уровнях возбуждения. В результате неупругих соударений двух экситонов, один из них аннигилирует, а второй получает дополнительную кинетическую энергию. Поэтому температура экситонного газа, как правило, выше температуры кристаллической решетки.
Благоприятные условия для охлаждения экситонов имеются при возбуждении полупроводника пикосекундными импульсами света. В таких условиях сразу создается высокая концентрация экситонов, а их разогрев за счет превращения части энергии падающего света в тепло минимален.
Возбуждая CdSe пикосекундными импульсами излучения неодимового лазера при 
авторы [564, 565] наряду с широкой полосой излучения экситонных молекул обнаружили необычайно узкую линию люминесценции. Положение в спектре и ширина этой линии (рис. 94) дали основание интерпретировать ее как излучение экситонных молекул в состоянии бозе-эйнштейновской конденсации. Необходимо, однако, иметь в виду, что узкая линия излучения может возникнуть также и в результате стимулированного испускания экситонных молекул. Оно было обнаружено, в частности, в монокристаллах CdS [566].
