| 加入桌面 | 手機版 | 無圖版
高級搜索 人才直達
招聘推廣
招聘推廣
發布信息
發布信息
會員中心
會員中心
當前位置: 首頁 » 創新服務 » 科研進展 » 正文

中國科大二維材料激子效應的理論研究取得重要進展

中國科大二維材料激子效應的理論研究取得重要進展

日期:2015年08月18日 来源:安徽省科技厅

 

近日,中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室国际功能材料量子设计中心在二维材料激子效应的理论研究方面取得重要进展,研究人员利用GW-BSE方法计算了单层黑磷、氟化石墨烯、氮化硼等一系列二维材料的激子结合能,并揭示出此类材料的激子结合能与其准粒子能隙之间存在显著的线性标度关系。该研究成果以“Linear Scaling of the Exciton Binding Energy versus the Band Gap of Two-Dimensional Materials”为题于8月7日发表在国际权威物理学杂志《物理评论快报》上,中心博士后Jinho Choi与微尺度国家实验室崔萍博士为共同第一作者。

激子結合能也稱激子效應,是分離組成激子的電子-空穴對所需要提供的能量,其大小在許多基于半導體的光伏與光電器件的工作效率中起著至關重要的作用。精確確定不同維度的各種材料的激子結合能,具有廣泛的基礎與應用價值。在已報道的不同維度的材料體系裏,激子結合能的變化範圍很廣。三維體系,如半導體體材料,由于有效的庫侖屏蔽作用,使得這類材料中只能形成弱束縛的激子,其結合能一般只有幾十毫電子伏特。隨著體系的維度降低,庫侖屏蔽作用也會減弱,從而導致更強的激子效應。近期的研究發現,很多一維和二維材料的激子結合能都比相應的體材料大得多,相應的激子效應也更加顯著,從而可爲設計新的能量轉換器件提供新機遇。

在以往的研究里,每发现一种新的有重要影响的低维材料体系,人们总习惯地采用最先进的计算和实验方法确定其激子结合能。在新的研究里,Jinho Choi和崔萍博士等人利用GW-Bethe-Salpeter-Equation (GW-BSE)方法首先计算了实验上新近发现的两种层状二维材料的激子结合能:黑磷(由陈仙辉教授研究组近年首次生长出高质量黑磷单晶)和氟化石墨烯。它们的激子结合能分别是0.85 eV和2.03 eV,再次验证了二维材料由于库仑屏蔽作用的减弱而具有很强的激子效应。更重要的是,他们将这些结果与其它几个有代表性的层状材料体系的激子效应作为整体考虑,发现二维半导体材料的激子结合能与准粒子能隙之间存在显著的线性标度关系,如图所示。利用类氢模型,结合k.p微扰理论,他们进一步解释了这种线性关系存在的内在物理原因,并用具体例子展示了这一标度关系对确定其它二维体系激子效应的普适性预测功能。

上述研究得到了國家自然科學基金委、教育部、中國科學院和科技部的資助。

[ 創新服務搜索 ]  [ ]  [ 告訴好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 關閉窗口 ]

 
聯盟在線
 
淘寶充值