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自陷态激子的第一性原理计算框架 | 进展

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2024-10-22 18:00

主要观点总结

文章介绍了激子-声子耦合在凝聚态物质中的重要性,特别是在自陷态激子研究中的应用。白云飞博士及其团队发展了一种高效的第一性原理计算框架,用于研究绝缘体和半导体中的自陷态激子,并获得了激子-声子耦合矩阵元等关键信息。该方法具有普适性,能够计算自陷态激子的势能面,预测斯托克斯红移。研究成果对于量子材料的超快光激发和激子的相干调控具有启发意义。

关键观点总结

关键观点1: 激子-声子耦合的重要性

在凝聚态物质中,激子-声子耦合是多体相互作用的重要体现,对于激子吸收峰的重整化、声子散射辅助的激子发光等现象都有影响。

关键观点2: 自陷态激子的研究现状

自陷态激子是一种新量子态,在大尺寸超胞中研究存在计算量巨大的困难,常规方法无法给出包含激子效应的原子受力等信息。

关键观点3: 白云飞博士及其团队的研究成果

白云飞博士自主发展了一种高效的第一性原理计算框架,用于研究绝缘体和半导体中的自陷态激子。通过结合多体Bethe-Salpeter方程与微扰理论,能够获得模式和动量分辨的激子-声子耦合矩阵元等信息。

关键观点4: 该方法的普适性和应用

该方法具有普适性,能够计算自陷态激子的势能面,预测斯托克斯红移。以二维磁性半导体铬三卤化物为例,该研究计算了自陷激子态的形成过程和斯托克斯红移,与实验数据相吻合。

关键观点5: 研究成果的意义和影响

该研究为自陷态激子的研究奠定了理论基础,并为量子材料的超快光激发和激子的相干调控提供了重要启发。相关研究成果以“Ab Initio Self-Trapped Excitons”为题,发表在Phys. Rev. Lett.上。


文章预览

激子-声子耦合作为凝聚态物质中重要的多体相互作用 ,在 激子吸收峰的重整化 、 声子散射辅助的激子发光 等现象中都有体现。当激子-声子相互作用足够强时,激子会拖拽周围的晶格,形成局域的晶格畸变,形成类似于电子或空穴的极化子的一种新量子态—— 自陷态激子(或称激子极化子) 。在实验中,自陷态激子多具有较大的展宽,并在光致发光谱中导致显著的斯托克斯红移。 尽管自陷态激子在很多体系中已有实验观测,当前对自陷态激子的理论研究仍然受限于巨大的困难: 在大尺寸超胞中使用GW+BSE方法产生不可接受的巨大计算量,而常规方法无法给出包含激子效应的原子受力等 。目前,高效、普适的自陷态激子理论计算框架仍然欠缺。 最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室SF10组博士生白云 ………………………………

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