Самым низко-энергетичным возбуждением в квантово-холловской системе при заполнении = 2
является чисто электронный `спин-циклотронный экситон’ (СЦЭ), который формируется `спинперевернутым’ электроном, возбужденным с нулевого на первый уровень Ландау и условной `дыркой’ –
вакансией, возникающей на нулевом уровне. Энергия такого экситона отделена сверху от более высокой
магнетоплазменной моды на величину отрицательного
кулоновского сдвига (EC ~1мВ), а снизу от основного
состояния на величину щели c-EC- Z ~5-7мВ.
Пространственная дисперсия СЦЭ характеризуется плавным
неглубоким минимумом при волновом векторе q=q0 ~1/lB [1-2]
(lB –магнитная длина). При низких температурах (фактически
при T < 0.1K) СЦЭ может релаксировать (т.е. аннигилировать)
только в случае испускания жестких акустических фононов [3].
Очень медленная релаксация объясняется главным образом
тем, что, процесс испускания фонона/фононов затруднен из-за
эффективно слабого электрон-фононного взаимодействия для
коротких значений длин волн, соответствующих энергии
аннигиляции СЦЭ. Теоретическая оценка дает при нулевой температуре значение времени жизни в
несколько миллисекунд. Экспериментально показано, что уже при температурах T > 0.4K это время
составляет 100 мкс [4-5], что, по-видимому, тоже является рекордным значением времени жизни для
нелокализованных чисто электронных возбуждений, создаваемых в зоне проводимости. Плотный
ансамбль СЦЭ с концентрацией, достигающей 10% от числа Nϕ квантов магнитного потока, создается
лазерной накачкой, соответствующей резонансной частоте возбуждения. Состояния ансамбля
исследовались с помощью время-разрешающей техники фотоиндуцированного резонансного
поглощения/отражения [4-5]. Внутри диапазона 0.4K< T < 1K при заданной концентрации экситонов, n =
Nx/Nϕ > 5%, наблюдалось резкое возрастание сигнала отражения для температур ниже некоторой
пороговой величины T0 = T(n) [5], что объясняется квантовым фазовым переходом экситонного ансамбля
из неупорядоченного состояния в некоторое когерентное состояние, предположительно бозеэйнштейновский конденсат. Теория, в терминах так называемого `экситонного представления’ (см. [2-3]),
описывает обе фазы в приближении невзаимодействующих СЦЭ, что дает возможность оценить энергию
пространственной локализации СЦЭ, определяемую внешним случайным потенциалом (см.
`Supplementary Note 1’ в [5]), и объяснить усиление примерно на порядок сигнала резонансного отражения
при переходе в когерентную фазу. Вычисляется также отрицательная вириальная поправка к энергии СЦЭ
(пропорциональная n в рамках модели слабо неидеального газа), соответствующая эффективно
аттрактивному взаимодействию СЦЭ с другими экситонами ансамбля [6]. Сравнение этой поправки с
энергией локализации дает оценку критической концентрации перехода из некогерентной фазы в
когерентную. Результаты находятся в согласии с экспериментальными данными.