Coulomb drag là một quá trình mà trong đó lực đẩy tương tác của các electron trong không gian tách biệt giữa hai vùng dẫn cho phép một dòng điện chạy trong một vùng dẫn để tạo ra một điện áp trong vùng dẫn còn lại. Nếu vùng dẫn thứ hai là một phần của mạch kín thì trong mạch xuất hiện một dòng điện.
Do thế chắn Coulomb nên dòng điện này thường rất nhỏ. Tuy nhiên, tồn tại những trường hợp mà trong đó sự tương quan giữa các điện tử trong hai lớp vùng dẫn là rất mạnh. Tiêu biểu là trong các hệ thống điện tử kép hai chiều, nơi mà có thể xảy ra sự ngưng tụ Bose- Einstein của exciton- các electron ở lớp vùng dẫn này liên kết chặt chẽ với lỗ trống trong lớp dẫn còn lại. Khi đó, hiệu ứng Coulomb drag được biểu hiện rõ rệt và sự vận chuyển electron trong một lớp này sẽ kèm theo sự vận chuyển các lỗ trống trong lớp còn lại.
Xét một hệ thống điện tử bán dẫn kép hai chiều đặt trong một từ trường mạnh vuông góc có: d là khoảng phân cách giữa hai lớp, ( )1
2
/
l= eB⊥ là chiều dài từ trường và giả sử tổng mật độ của hệ nT = n1 + n2 (ở đây n1=n2). Khi đó các mức năng lượng thấp nhất Landau được lấp đầy vT =1. Nếu d 1.8
l ≤ thì xuất hiện một khoảng không gian năng lượng mà tại đó các điện tử kích thích mang điện của hai lớp đối diện sẽ gắn kết với nhau và chúng hình thành một hệ thống các trạng thái cơ bản được xem như là sự ngưng tụ Bose- Einstein của các exciton. Tại nhiệt độ thấp, các
T r a n g 37
trạng thái điện tử kích thích riêng lẻ không thể thoát ra khối bán dẫn và không tạo ra dòng điện đi qua hệ thống bán dẫn lớn 2D này. Ngược lại, các exciton (cặp electron-lỗ trống trung hòa) trong hiện tượng ngưng tụ vẫn chiếm đa số và có thể di chuyển thoải mái ra khối bán dẫn và tạo ra dòng diện. Bằng chứng để chứng minh về việc tồn tại sự vận chuyển exciton tại vT = 1 đó là kết quả thu được từ việc đo hiệu ứng Hall trong khối bán dẫn. Kết quả thu được: không quan sát được các điện áp Hall tại vT = 1. Kết quả thực nghiệm của Tiemann và Finck đã khẳng định rằng: dòng điện dẫn của khối bán dẫn trong hệ đang xét này là dòng dịch chuyển của các exciton [18].
Sự nghiên cứu hiệu ứng Drag Coulomb, cụ thể là điện trở suất Drag Coulomb cung cấp cho chúng ta thông tin nhiệt độ tới hạn- nhiệt độ mà tại đó sự ngưng tụ exciton trong chất rắn xảy ra. Tiêu biểu là nhóm nghiên cứu của Mink và cộng sự [30] nghiên cứu điện trở suất Drag Coulomb như một hàm của nhiệt độ bề mặt vật liệu để dự đoán sự ngưng tụ exciton trong vật liệu tô pô.