Hot Carriers from Intra- and Interband Transitions in Gold-Silver Alloy Nanoparticles
本文通过原子级建模结合麦克斯韦方程与紧束缚模拟，研究金-银合金纳米颗粒中热载流子生成，发现合金成分可调控带间与带内跃迁贡献，为太阳能转换和传感应用提供设计参数。
2024-02-07 cond-mat.mes-hall
Single plasmon hot carrier generation in metallic nanoparticles
金属纳米粒子中局域表面等离子体激元衰变产生的热载流子由于其在光电、光伏和光催化等方面的应用而受到广泛的研究。从经典的角度来看，等离子体激元是纳米粒子中电子的相干振荡，但它们的量子化性质在量子等离子体学的新领域中脱颖而出。在这项工作中，我们介绍了一个量子力学材料的具体方法来描述单量子化等离子体的衰变成热电子和空穴。我们发现，热载流子产生率显着不同的半经典预测。我们还研究了没有等离子体特征的激发的衰减，并表明它们的热载流子速率与小纳米颗粒的等离子体激发的衰减相当。我们的研究提供了一个严格的和一般的基础，为进一步发展等离子体激元热载流子的研究，在等离子体激元制度所需的超小型设备的设计。
2019-04-07 cond-mat.mes-hall
Hot carrier and hot phonon coupling during ultrafast relaxation of photoexcited electrons in graphene
我们研究，通过蒙特卡罗模拟器，热声子效应的光激发石墨烯的弛豫动力学和其定量的影响相比，考虑平衡声子分布。我们的多粒子方法表明，忽略热声子效应显着低估了光激发石墨烯的弛豫时间。热声子效应对于较高的激发脉冲能量和$1$与$3\times 10^{12} \mathrm{~cm}^{-2}$之间的光生载流子密度更为重要。声学谷间声子起着不可忽视的作用，发射的声子的波长限制了最大值（由载流子浓度决定）诱导较慢的载流子冷却速率。由于额外的冷却路径，在衬底上的石墨烯中固有声子加热被阻尼，热声子效应显示出与载流子密度的强烈的逆相关性。
2016-02-01 cond-mat.mes-hall
Hot carriers in graphene -- fundamentals and applications
石墨烯中的热载流子表现出迷人的物理现象，在过去的十年中，对其的理解有了很大的提高。与传统金属中的热载流子相比，它们具有明显不同的物理性质。这主要是由于石墨烯的线性能量-动量色散、声子性质、全界面特性以及载流子密度可调谐到非常小的值，以及从电子掺杂到空穴掺杂。几年来，我们目睹了对石墨烯中热载流子技术应用的兴趣越来越大。特别感兴趣的是光学和光电应用，其中热载流子用于检测（光电检测），转换（非线性光子学）或发射（发光）光。在这些应用领域中，支持石墨烯的系统可能会得到广泛使用，并产生破坏性影响，例如在数据通信、高频电子和工业质量控制领域。这篇评论的目的是提供一个概述的最相关的物理和工作原理，是相关的应用开发热载流子在石墨烯。
2021-05-18 cond-mat.mes-hall
Energy Flows in Graphene: Hot Carrier Dynamics and Cooling
热载流子的长寿命可以在材料中产生质的新型响应。这些反应的幅度和时间尺度反映了支配能量流动的机制。我们研究了两个过程的微观结构，这两个过程是能量传输的关键，重点是由于石墨烯独特的材料特性组合而产生的不寻常行为。一个是热载流子产生在其光激发动力学，其中热载流子通过俄歇型载流子-载流子散射级联倍增。热载流子的产生通过升高的电子温度表现出来，可以通过各种方式获得，特别是光学电导率测量。另一个高度关注的过程是电子晶格冷却。我们考察了不同的冷却途径，并讨论了动量守恒的电子-声子散射途径所产生的冷却瓶颈。我们展示了如何通过高阶碰撞-超碰撞-来缓解这个瓶颈，并研究了石墨烯中可能发生的各种超碰撞过程。
2014-10-20 cond-mat.mes-hall
Reversible electron-hole separation in a hot carrier solar cell
热载流子太阳能电池被设想为利用能量过滤以在光生电子-空穴对与晶格热化之前从光生电子-空穴对提取功率，并且因此与常规的单吸收体太阳能电池相比潜在地提供更高的功率转换效率。热载流子太阳能电池的效率可以预期强烈地依赖于能量过滤过程的细节，迄今为止尚未令人满意地探索的关系。在这里，我们建立的条件下，在热载流子太阳能电池中的电子-空穴分离可以发生可逆的，也就是说，在最大的能量转换效率。因此，我们的分析集中在热载流子太阳能电池本身的内部操作，并在这项工作中不考虑光子介导的耦合到太阳。在推导出一个表达式的热载流子太阳能电池的电压有效的条件下，可逆和不可逆的电操作，我们确定单独的贡献的电压从热电效应和光伏效应。我们发现，在特定的条件下，热载流子太阳能电池的能量转换效率可以超过卡诺限制设置的内部设备的温度梯度单独，由于准费米能级分裂的吸收体的额外贡献。我们还建立了一个热载流子太阳能电池的开路电压是不受限制的吸收体的带隙，由于额外的热电贡献的电压。此外，我们发现，热载流子太阳能电池可以反向操作作为热驱动的固态光发射器。我们的研究结果有助于探索热载流子太阳能电池的基本局限性，并提供了第一步，为实验人员提供设备的最佳配置指南。
2015-09-17 cond-mat.mes-hall
Thermodynamic performance of hot-carrier solar cells: A quantum transport model
本文提出用Büttiker探针模拟各能量损失过程的量子输运模型，研究非平衡分布下热载流子太阳能电池的功率与效率，证明非平衡提取可提升性能，并指出热分布极限下箱车形透射使效率最大化。
2023-04-14 cond-mat.mes-hall
Plasmon-induced efficient hot carrier generation in graphene on gold ultrathin film with periodic array of holes: Ultrafast pump-probe spectroscopy
使用3.1 eV泵浦和相干白光探测（1.1至2.6 eV）的超快泵浦-探测反射率，我们表明，金纳米结构上的石墨烯表现出与有序晶格孔阵列的等离子体共振的强耦合，从而通过等离子体在石墨烯中注入高密度的热载流子。所研究的系统是单层石墨烯上的金薄膜与周期性排列的孔显示异常传输。并对有孔阵列和无孔阵列的金膜进行了比较。通过选择性地探测瞬态载流子动力学的光谱区域对应于等离子体共振，我们显示了有效的等离子体诱导的热载流子产生在石墨烯。我们还表明，由于高的电磁场强度在亚微米孔的边缘，快速的衰减时间（10 - 100 fs）和短的衰减长度（1 nm）的等离子体激元，一个高度受限的密度的热载流子（非常接近孔的边缘）产生的朗道阻尼的等离子体激元内的多孔金膜。观察到由于初始非均匀分布的热载流子远离空穴边缘的扩散对瞬态衰减动力学的贡献。我们的研究结果对于未来新型热载流子器件概念的应用具有重要意义，其中具有可调能量的热载流子可以在无缝连接的不同石墨烯区域中产生。
2019-12-08 cond-mat.mes-hall
Hot carrier diffusion-assisted ideal carrier multiplication in monolayer MoSe2
Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Chungbuk National University（忠北国立大学）；Pusan National University（釜山国立大学）
本研究通过超快瞬态吸收光谱和第一性原理计算，证明单层MoSe2由于抑制载流子-晶格散射和2Eg能带嵌套提供丰富倍增路径，可实现能量动量守恒允许的理论最大载流子倍增效率。
2026-05-31 cond-mat.mes-hall
Soft Carrier Multiplications by Hot Electrons in Graphene
通过使用玻尔兹曼形式主义，我们表明，载流子倍增的碰撞电离可以发生在相对较低的电场在石墨烯中的电子输运。由于不存在能隙，这种效应不像传统半导体那样以场阈值为特征，而是电场的二次函数。我们还表明，所产生的电流是一个电子温度的增加函数，但随着载流子浓度的增加而减少。
2011-02-28 cond-mat.mes-hall
Polarization dependences of terahertz radiation emitted by hot charge carriers in p-Te
从理论和实验两方面研究了p型Te中热载流子发射的太赫兹辐射的偏振特性。热载流子的自发辐射发射的角度依赖性是由其色散律的各向异性和碲晶体的介电常数的各向异性引起的。我们已经表明，辐射的偏振依赖性是由晶轴C3在p-Te和偏振矢量之间的角度，他们被发现有一个周期性的字符。
2013-02-28 cond-mat.mes-hall
Hot Carrier Transportation Dynamics in InAs/GaAs Quantum Dot Solar Cell
研究了GaAs太阳电池和InAs/GaAs量子点太阳电池（QDSC）的热载流子动力学及其对器件性能的影响。首先，基于细致平衡热力学模型，模拟了传统热载流子太阳电池的基本工作特性。然后我们使用流体动力学/能量玻尔兹曼输运模型（HETM）研究了正常结太阳能电池中的热载流子动力学，其中两个温度（载流子温度和晶格温度）被分开处理。我们首次报道了细致平衡模型与HETM模型之间的内在准等价性。揭示的相互联系从不同的角度解决了能量守恒定律中使用的细致平衡模型，它铺平了道路，朝着另一种方法，以削减传统的热载流子太阳能电池中使用的选择性接触约束。在模拟中，使用了一种特殊设计的InAs/GaAs量子点太阳电池。通过改变热载流子能量弛豫时间，可以清楚地发现，随着的增加，开路电压增加。详细分析了热载流子温度的空间分布及其与电场和三种热载流子复合过程（Auger、SRH和辐射）的相互作用
2022-04-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hot carriers generated by plasmons: where are they are generated and where do they go from there?
本文提出了一个物理上透明的金属中光学和等离子体激元诱导热载流子产生的统一理论。分析表达式，估计载流子产生率，它们的位置，能量和运动方向。在审议的四种机制中：带间吸收、声子和缺陷辅助吸收、电子电子散射辅助吸收和表面碰撞辅助吸收（朗道阻尼），它是产生热载流子的最后一种，热载流子在光检测和光催化的实际应用中最有用。
2018-11-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hot-carrier optoelectronic devices based on semiconductor nanowires
在诸如太阳能电池和光电探测器的光电子器件中，电子-空穴对的一部分被生成为所谓的热载流子，其具有通常作为热量损失的过量能量。长期以来，收集这些多余的能量以提高器件性能的目标已经被证明是非常具有挑战性的，这主要是由于热载流子的寿命极短。因此，努力集中在增加热载流子弛豫时间，并在定制异质结构，允许在短时间和长度尺度上的热载流子提取。最近，半导体纳米线已经成为一个有前途的系统，以实现这些目标，因为它们提供了独特的机会，异质结构工程以及潜在的修改声子性质，可以导致增加的弛豫时间。在这篇综述中，我们评估了目前的理论和实验有关的纳米线的热载流子动力学，重点是热载流子photoprophics。为了提供一个基础，我们首先简要概述了热载流子弛豫所涉及的基本过程，以及如何在纳米线中定制和表征这些过程。然后，我们分析了纳米线作为热载流子器件系统的优势，并回顾了与热载流子光电子学相关的原理验证实验的现状。为了帮助解释现有的实验中的纳米线的光电流提取，我们提供非平衡格林函数的基础上建模。最后，我们确定了开放的研究问题，需要回答，以充分评估潜在的纳米线提供实现更有效的，热载流子为基础的，光电子器件。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Theory of Non-equilibrium "Hot" Carriers in Direct Band-gap Semiconductors Under Continuous Illumination
载流子的受照激发与随后的热化和复合之间的相互作用导致“热”载流子的非平衡分布的形成以及电子、空穴和声子的加热。尽管这些过程的基本和实际的重要性，有没有一个理论框架，其中包括所有这些，并提供了一个明确的预测的非平衡载流子分布。在这里，一个自洽的理论占激发，热化，并在连续照射的半导体复合之间的相互作用，使非平衡载流子分布的计算。我们表明，反直觉，分布偏离平衡弱照明下比在高强度。我们模仿两个实验程序来提取载流子温度，并表明它们产生不同的依赖于照明。最后，我们提供了一个准确的方法来评估光致发光效率，这与传统的模型，正确地预测实验结果。这些结果提供了一个出发点，研究如何非平衡功能将影响性能热载流子为基础的应用。
2022-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Negative photoconductivity and hot-carrier bolometric detection of terahertz radiation in graphene-phosphorene hybrid structures
研究了太赫兹辐射对石墨烯（G）-磷（P）混合结构电导率的影响，提出并评价了基于GP沟道的GP-横向二极管（GP-LD）和GP-场效应晶体管（GP-FET）的热载流子非制冷测辐射热光电探测器。GP-LD和GP-FET光电探测器的操作与由于带内跃迁而在G层中吸收的入射辐射引起的载流子加热相关联。载流子加热导致载流子的显著部分迁移到P层中。由于P层中载流子的迁移率相对较低，它们的主要作用与载流子散射的显著增强相关联。GP-FET测辐射热光电探测器的特性由栅极电压有效地控制。GP沟道的强负导电性可以提供与仅具有G沟道的测辐射热计相比高得多的THz热载流子GP-LD和GP-FET测辐射热光电探测器的响应度。
2018-08-28 cond-mat.mes-hall
The impact of hot charge carrier mobility on photocurrent losses in polymer-based solar cells
无序有机系统中电荷提取的典型特征是分散传输，这意味着对器件性能产生负面影响的载流子迁移率的分布。色散输运通常被理解为源自热载流子的时间依赖性迁移率，其随着在态密度的弛豫期间过量能量的损失而降低。与此相反，我们通过光子能量，电场和膜厚度的载流子迁移率的独立性，在有机太阳能电池中的色散光电流起源于不从多余的能量在热载流子热化过程中的损失，而是从载流子密度的损失，在运输过程中的陷阱状态。我们的研究结果强调，进一步的努力应该是针对最小化陷阱态密度，而不是控制在态密度内的热载流子的能量弛豫。
2014-07-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot carrier dynamics in a dispersionless plasmonic system
利用泵浦-探测技术研究了宽波长无色散等离子体结构中的热载流子动力学，时间分辨率为45 fs。通过同时测量微分透射率和反射率，研究了直接激发和等离子体激元产生的热载流子对低能探测等离子体激元的作用。虽然对于热电子和等离子体激元产生的热电子，泵浦注量与衰减时间的依赖性是线性的，但是当泵浦与X对称点接近共振时，衰减时间随泵浦注量的平方而变化。800 nm简并泵浦-探测测量的衰减时间突出了表面（反射）和体（透射）机制的差异。对于不同的激发能，对应于热载流子弛豫的衰减时间在1 - 3 ps范围内。由等离子体到热载流子转换和电子-电子散射过程控制的上升时间对于热载流子和热等离子体激元激发情况为约200 fs，当泵浦与X对称点处的带间跃迁共振时增加到约485 fs。
2019-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hot carrier diffusion in graphene
我们报道了石墨烯中电荷输运的光学研究。利用高空间分辨率的超快泵浦-探测技术研究了热载流子在外延石墨烯和还原氧化石墨烯样品中的扩散。热载流子的时空动力学的点状激发后进行监测。在外延石墨烯和还原氧化石墨烯样品中分别测量到11，000和5，500平方厘米每秒的载流子扩散系数，载流子温度为3，600 K。所展示的光学技术可用于石墨烯输运性质的非接触和非侵入性原位检测。
2011-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization and plasmons in hot photoexcited graphene
我们提出了一个强大的和精确的方法来计算石墨烯的偏振函数和等离子体色散，为任意（各向同性）的非平衡载流子分布，在随机相位近似（RPA）。这是证明了一系列的载流子分布，包括热载流子分布发生在飞秒光激发后。我们表明，定性不同的行为从平衡的情况下，可以发生。由于极化函数决定了动态屏蔽，因此其计算对于量化远离平衡的石墨烯的载流子-载流子散射通道至关重要。
2018-01-29 cond-mat.mes-hall
Understanding Hot Carrier Reliability in FinFET Technology from Trap-based Approach
本文从基于陷阱的方法出发，介绍了我们在热载流子退化（HCD）方面的最新研究进展。用含时DFT（TDDFT）模拟方法对界面陷阱的产生进行了“实时”的微观推测。两种类型的氧化物陷阱有助于HCD从实验中确定。结合界面和氧化物陷阱的贡献，提出了一个统一的紧凑模型，可以准确地预测热载流子退化和变化的全Vgs/Vds偏置。陷阱的位置，退化的贡献和温度依赖性进行了详细研究。此外，还讨论了HCD-BTI耦合在自加热和关态应力作用下的混合模可靠性。
2021-12-22 cond-mat.mes-hall
Hot carrier relaxation of Dirac fermions in bilayer epitaxial graphene
通过对Shubnikov-de Haas振荡和弱局域化的磁输运测量，实验研究了双层外延石墨烯中热狄拉克费米子的能量弛豫.热电子的能量损失率被发现遵循预测的布洛赫-Grüneisen幂律行为的$T^4$在载流子温度从1.4 K到$\sim$ 100 K，由于电子-声学声子相互作用的变形势耦合常数为22 eV。与单层石墨烯中的$n_e^{-0.5}$依赖性相反，在双层石墨烯中观察到$T^4$幂律的缩放中的载流子密度依赖性$n_e^{-1.5}$，导致能量损失率作为这两个系统之间的载流子密度的函数的交叉。双层石墨烯中的电子-声子弛豫时间也显示出强烈的载流子密度依赖性，而单层石墨烯中的载流子密度在很宽的范围内保持恒定。我们的研究结果和双层和单层之间的比较展示了石墨烯系统中热载流子动力学的更全面的画面。
2014-09-22 cond-mat.mes-hall
Hot-Carrier Separation in Heterostructure Nanowires observed by Electron-Beam Induced Current
半导体中热载流子的分离对于诸如热伏光电检测和第三代光电转换器的应用是感兴趣的。半导体纳米线为有效的热载流子分离提供了几个潜在的优势，例如：基于异质结构的能带工程中的高度控制和灵活性，与体相比较增加的热载流子温度，以及非常适合于局部控制光吸收的几何形状。事实上，已经观察到具有短InP能量势垒的InAs纳米线在全局照明下产生电功率，开路电压超过肖克利-奎塞尔极限。为了更详细地理解这种行为，有必要保持对纳米线中电子空穴对生成的精确位置的控制。在这项工作中，我们进行电子束感应电流测量与高空间分辨率，并证明了在提取高能电子的InP势垒的作用。我们的结果在热载流子分离，并提取估计的热载流子平均自由程。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Enhanced Hot-Carrier Luminescence in Multilayer Reduced Graphene Oxide Nanospheres
我们报道了一种通过增强载流子散射而不是直接改变多层还原氧化石墨烯（rGO）纳米球中的能带结构来促进石墨烯材料中的光致发光发射的方法。我们有意地卷曲石墨烯层以形成纳米球，通过用球形聚合物模板还原氧化石墨烯来操纵载流子散射。这些纳米球产生热载流子发光，与平面纳米片相比，发射效率提高了十倍以上。随着激发功率的增加，纳米球的热载流子发光表现出异常的光谱红移，其动力学特征与增强的电子-声子耦合有关。这些实验结果可以通过考虑屏蔽库仑相互作用得到很好的理解。随着载流子密度的增加，降低的屏蔽效应促进载流子散射，这增强了来自这种多层rGO纳米球的热载流子发射。这种载波散射的情况下，进一步证实了泵浦探测测量。
2013-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single-nanowire, low-bandgap hot carrier solar cells with tunable open-circuit voltage
与传统的pn结光生载流子相比，热载流子太阳能电池通过在光生“热载流子”冷却到晶格温度之前从其动能中提取功而提供潜在的更高效率。热载流子太阳能电池已经在高带隙铁电绝缘体和GaAs/AlGaAs异质结构中得到证实，但迄今为止还没有在低带隙材料中得到证实，其中潜在的效率增益最高。最近，一个高的开路电压被证明在照明纤锌矿InAs纳米线与0.39 eV的低带隙，并解释在光电效应。在这里，我们指出，该设备是一个热载流子太阳能电池，并讨论其性能在这些方面。在演示的设备中，InP异质结构被用作能量过滤器，以热电收获的能量的热电子光生在InAs吸收段。所获得的光电压取决于能量过滤器的异质结构设计，因此是可调谐的。通过使用高电阻的电子势垒，获得了超过肖克利-奎塞尔极限的开路电压。这些结果为如何在低带隙材料中实现高电压热载流子太阳能电池提供了可推广的见解，因此是向更高效率热载流子太阳能电池的演示迈出的一步。
2017-08-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Control of hot-carrier relaxation time in Au-Ag thin films through alloying
结构的等离子体共振主要由其光学性质和几何形状决定，可以对其进行修改以使热载流子光电探测器具有优异的性能。最近，金属合金在通过化学成分工程调谐等离子体结构的共振方面发挥了突出的作用。然而，目前还不清楚如何合金化修改所产生的热载流子的时间动态。在这项工作中，我们阐明的作用，化学成分上的弛豫时间的热载流子的原型辅助Ag 1-x薄膜系统。通过在可见光波长范围内的时间分辨光谱测量，我们测量了成分依赖的弛豫时间，其变化高达8倍，以获得恒定的泵浦流率。令人惊讶的是，我们发现，除了2%的银到金膜可以增加热载流子寿命约35%，在固定的注量下，作为一个结果，在光学损耗的减少。此外，弛豫时间被发现是成反比的介电常数的虚部。我们的研究结果表明，合金化是一种很有前途的方法，以有效地控制热载流子弛豫时间的金属。
2020-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hot-Carrier Generation in Plasmonic Nanoparticles: The Importance of Atomic Structure
金属纳米颗粒对于等离子体增强的热载流子的产生是有吸引力的，这可以在光化学反应中利用。在这项工作中，我们使用第一性原理模拟分析了光子吸收、等离子体激元形成以及随后通过等离子体激元退相产生热载流子的相干飞秒动力学。我们预测了小金属纳米颗粒中的能量和空间热载流子分布，并表明热电子的分布对局部结构非常敏感。我们的研究结果表明，表面网站表现出增强的热电子产生相比，散装的纳米粒子。虽然分布的细节取决于颗粒的尺寸和形状，但作为一般趋势，较低配位的表面位点如角、边缘和{100}面表现出比较高配位的表面位点如{111}面或芯位点更高比例的热电子。因此，目前的结果表明，如何热载流子可以通过精心设计的原子尺度的结构，在纳米级系统进行定制。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Interplay of Electron Trapping by Defect Midgap State and Quantum Confinement to Optimize Hot Carrier Effect in a Nanowire Structure
本研究通过构建包含电子-声子散射和缺陷中间带隙态电子俘获两种机制的模型，解释了纳米线阵列中热载流子效应对直径的非单调依赖性，为优化纳米线太阳能电池效率提供了指导。
2024-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Generation of plasmonic hot carriers from d-bands in metallic nanoparticles
我们提出了一种方法来掌握众所周知的挑战，在金属纳米粒子的等离子体激元诱导的热载流子速率的d-波段的计算的贡献。我们概括了广泛使用的球阱模型的纳米粒子波函数平坦的d-波段使用的包络函数技术。使用费米的黄金法则，我们计算的热载流子的产生率后，由于从d-带状态到一个sp-带状态或从一个sp-带状态到另一个sp-带状态的过渡的等离子体激元的衰变。我们将此理论应用于半径为20~nm的球形银纳米粒子，并研究了热载流子速率对d带能量的依赖关系。我们发现，对于半径小于2.5nm的纳米粒子，热载流子的产生主要是由sp带态到sp带态的跃迁引起的，而对于较大的纳米粒子，热载流子的产生主要是由d带态到sp带态的跃迁引起的.
2020-02-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical transitions and energy relaxation of hot carriers in Si nanocrystals
采用原子紧束缚方法对硅纳米晶中热载流子的动力学进行了理论研究。辐射，俄歇和声子辅助过程被认为是。电子和空穴之间的俄歇式能量交换被认为是系统中最快的过程。而热电子-空穴对的能量弛豫则受单个光学声子发射的控制。对于小纳米晶体中相当多的态，单声子过程被能量守恒定律排除。
2010-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-equilibrium hot-carrier transport in type-II multiple-quantum wells for solar-cell applications
基于II型InAs/AlAsSb多量子阱的热载流子太阳能电池的原型被检查作为晶格温度和光激发能量的函数的AC光电导，以确定光激发的载流子运输。这些样品先前在其短时间载流子动力学中表现出亚稳态机制的激发能开始，这潜在地改善了其对于热载流子光伏应用的适用性。输运结果表明，交流光电导是较大的动态制度对应的亚稳态作为一个结果，较高的激发光生载流子密度。在这种激发机制下，AC光电导性伴随着略低的载流子迁移率，这是由俄歇复合散射的载流子的等离子体性质引起的。在该范围之外，由于更容易通过太阳能聚集实现的较低激发密度，观察到较高的迁移率。此外，在环境温度下，更多的散射事件伴随着稍低的迁移率，但激发依赖性表明，这是伴随着大于半微米的双极扩散长度。这些传输特性与高质量的无机元素和III-V族半导体太阳能电池一致，远远超过了新材料。输运结果补充了在II型InAs/AlAsSb中观察到的动力学，并且可以指导基于这些和相关材料的热载流子太阳能电池的设计。
2022-04-11 cond-mat.mes-hall
Hot carrier dynamics and electron-optical phonon coupling in photoexcited graphene via time-resolved ultrabroadband terahertz spectroscopy
电子-电子相互作用是量子场论中狄拉克费米子对数重整化的重要来源。在热载流子和声子动力学中起着重要作用的电子-光学声子耦合（EPC）的重整化在石墨烯发现后得到了广泛的讨论。基于Boltzmann输运方程和综合温度模型，利用时间分辨超宽带太赫兹（THz）光谱技术结合数值模拟，研究了热载流子动力学和EPC强度.在高泵浦能量密度下，THz电导谱出现了较大的负光电导和非Drude行为，这是由热载流子分布和散射率随时间的变化引起的。通过对THz电导率谱和瞬态THz反射率随时间演化的拟合，我们成功地估计了$A_1^{\prime}$光学声子模在$\mathbf{K}$点附近的无量纲EPC矩阵元为$λ_{\mathbf{K}} \approx$ 0. 09，比重整化群的预测值稍大.
2021-07-05 cond-mat.mes-hall
Spectral and polarization dependencies of luminescence by hot carriers in graphene
从理论上考虑了石墨烯中热载流子的带间跃迁引起的发光。在中和近红外光谱区的发射与能量和浓度的热载流子的依赖关系进行了分析，它们是由所施加的电场和栅极电压。偏振依赖性由传播方向与石墨烯片的法线之间的角度确定。从外延石墨烯的大规模面积样品和从剥离的石墨烯的微观结构的辐射的特性被认为是。还给出了发射的平均角度效率。
2010-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot-carrier transfer across a nanoparticle-molecule junction: The importance of orbital hybridization and level alignment
本研究通过第一性原理模拟揭示等离激元纳米颗粒与CO分子界面热载流子转移机制，发现轨道杂化与能级对齐是关键预测因素，且热电子可在长距离有效转移，为光催化系统优化提供理论指导。
2022-06-10 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Atomistic Theory of Plasmon-Induced Hot-carriers in Al Nanoparticles
铝纳米结构中局域表面等离子体激元（LSP）衰变产生的热电子和空穴在光电探测、光电探测等光电子器件中具有重要的应用潜力。在这里，我们提出了一个理论研究的热载流子生成铝纳米球使用最近开发的建模方法，结合了解决方案的宏观麦克斯韦方程与大规模原子紧束缚模拟。与标准的等离子体金属，如金或银不同，我们发现铝纳米颗粒中的热电子和空穴的能量分布几乎是恒定的所有允许的能量。只有在相对高的光子能量下，观察到接近费米能级的高能空穴和电子的产生速率的降低，这归因于抑制带间衰减通道的能带结构效应。我们还研究了热载流子性质对纳米颗粒直径和环境介电常数的依赖关系。从我们的研究中获得的见解可以为高效铝基热载流子器件的实验工作提供信息。
2025-10-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhancement of Hot Carrier Effects and Signatures of Confinement in Terms of Thermalization Power in Quantum Well Solar Cells
利用电子-声子散射速率方程建立了二维系统稳态条件下载流子热化的理论模型。该模型被应用于研究热载流子效应的III-V族热载流子太阳能电池与量子阱吸收。所提出的调查的问题是：什么是所需的功率，以维持两个人口的电子和空穴载流子在准平衡态在固定的温度和准费米能级分裂？得到的答案是，热化功率密度降低，在二维系统相比，他们的散装对应，这表明在量子阱中的热载流子效应的约束诱导增强。这种功率总体上随着阱厚度的增加而增加，并且还示出了子带内贡献在小厚度处占主导地位，而子带间贡献随着厚度的增加而增加，并且在批量限制中占主导地位。最后，阐明了声子的热力学状态和屏蔽的影响。特别是，二维热化功率密度表现出非单调依赖于量子阱层的厚度，当考虑到两个平衡的纵向光学声子和屏蔽效应。我们的理论和数值结果提供了轨道来解释有趣的量子阱物理实验观察。他们还将提供指导方针，以提高基于热载流子效应的光伏效应的产量，使用量子阱异质结构，这一结果对研究高效太阳能电池器件至关重要。
2022-09-27 cond-mat.mes-hall
Improving photovoltaics by adding extra terminals to extract hot carriers
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Université Grenoble Alpes and CNRS（格勒诺布尔阿尔卑斯大学与法国国家科学研究中心）
提出在光伏电池中增加能量过滤端子收集热载流子，当收集快于载流子-声子弛豫时，四端子电池功率比最优两端子电池高20-40%。
2026-06-29 cond-mat.mes-hall
Decay of spin polarized hot carrier current in a quasi one-dimensional spin valve structure
本文研究了自旋阀结构中自旋极化热载流子电流的空间衰减，该结构由半金属铁磁接触和半导体量子线组成。由于Rashba自旋轨道相互作用引起的半导体中的D 'yakonov-Perel'自旋弛豫，电流衰减。相关的弛豫长度被发现随着晶格温度的增加而减少（在30-77 K的范围内），并表现出非单调依赖于驱动电流的电场。的弛豫长度是几十微米，这是至少一个数量级大于已在可比的温度，Rashba相互作用强度和电场的二维结构的理论计算。这种改进是一维载流子限制的结果，其不一定抑制载流子散射，但仍然抑制D 'yakonov-Perel'自旋弛豫。
2003-10-10 cond-mat.mes-hall
Probing phonon emission via hot carrier transport in suspended graphitic multilayers
我们研究热载流子输运下的磁场高达15 T的悬浮石墨多层膜通过微分电导（dI/dV）光谱。已经观察到明显的高能dI/dV异常，并表明与石墨中的固有声子发射过程有关。这种dI/dV异常在磁场下的演变被进一步理解为朗道能级间回旋共振-声子共振散射的结果。所观察到的磁声子效应不仅揭示了石墨系统中高电流传输的物理机制，而且为优化石墨纳米电子器件的性能提供了新的视角。
2011-08-08 cond-mat.mes-hall
Hot electron attenuation of direct and scattered carriers across an epitaxial Schottky interface
本文用弹道电子发射显微镜（BEEM）研究了不同NiSi_2厚度的NiSi_2/n-Si（111）外延界面上直接和散射载流子的热电子输运。我们发现在NiSi_2中散射热电子的BEEM透射率在所有厚度下都明显低于直接热电子的BEEM透射率。有趣的是，散射热电子的衰减长度被发现是两倍大于直接热电子。散射热电子的BEEM透射率较低是由于注入热空穴的非弹性散射，而散射热电子的衰减长度较大是由于注入和散射热电子的能量分布不同以及在较低能量下直接热电子在NiSi_2中的衰减长度增加所致。
2013-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic and extrinsic effects on intraband optical conductivity of hot carriers in photoexcited graphene
基于半经典玻尔兹曼输运方程（BTE），对光激发石墨烯中准平衡态热载流子的带内光学电导进行了数值研究，旨在了解石墨烯-衬底界面处带电杂质引起的本征光学声子和非本征库仑散射的影响.而不是使用完整的BTE解决方案，我们采用迭代解决方案的BTE和全面的模型的时间演变的热载流子温度和热光学声子职业，以减少计算成本。未掺杂的石墨烯由于热激发载流子的增加和带电杂质散射的减少而表现出大的正光电导。具有高浓度带电杂质的未掺杂石墨烯中的光电导的频率依赖性显著偏离在简单Drude模型中观察到的那些，这可以归因于在热载流子冷却过程中的太赫兹（THz）探测期间随时间变化的带电杂质散射。重掺杂的石墨烯表现出类似于Drude模型的小的负光电导性。在这种情况下，带电杂质散射基本上被抑制的载流子屏蔽效应，和温度依赖性的德鲁德重量和光学声子散射支配的负光电导。在轻掺杂的石墨烯中，负和正光电导的出现取决于频率，并且从负光电导到正光电导的交叉从增加带电杂质浓度出现。这表明主要的散射机制从光学声子到带电杂质的变化。我们的方法提供了一个定量的了解非德鲁德行为和时间演变的光电导石墨烯。
2021-01-15 cond-mat.mes-hall
Dynamics of photoexcited carriers in graphene
通过求解包含载流子-声子和载流子-载流子库仑散射的微观动力学方程，研究了石墨烯中载流子和声子的非平衡动力学行为.热载流子的费米分布被发现建立在100 fs内和电子的温度在导带和价带是非常接近彼此，即使当激发密度和平衡密度是可比的，由于强烈的带间库仑散射。此外，从我们的计算得到的差分传输的时间演化与王等人的实验一致。96，081917（2010）]和Hale等人[Phys.Rev.B83，121404（2011）]中的方法，其中提出了两个不同的差分传输弛豫。结果表明，快弛豫是由于载流子声子的快速热化，慢弛豫主要是由于热声子的慢衰减。此外，还发现不同分支中的热声子温度不同，热载流子的温度甚至可以低于最热声子的温度。最后，我们表明，慢弛豫速率表现出一个温和的谷的激发密度依赖性和线性依赖于探测光子能量。
2011-12-28 cond-mat.mes-hall
Coherent Phonons-Driven Hot Carrier Effect in a Superlattice Solar Cell
本文从理论上研究了极性半导体超晶格太阳能电池中相干纵光学声子对载流子热化的影响，发现相干声子能削弱电子-声子耦合、降低热化功率，从而增强热载流子效应并提升电池性能。
2023-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Influence of Auger heating and Shockley-Read-Hall recombination on hot carrier dynamics in InGaAs nanowires
该研究针对InGaAs-InAlAs核壳纳米线，探究了俄歇加热与肖克利-里德-霍尔复合对热载流子动力学的影响，明确了不同温度下的主导机制，为提升高温热载流子效应提供了优化方向。
2024-04-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Hot-carrier thermal breakdown and S-type current-voltage characteristics in perforated graphene structures
本文研究由GNR桥连接的叉指GMR阵列构成的PGL，揭示载流子加热与热离子发射正反馈导致的热载流子热击穿及S型I-V特性，指出其在室温开关和辐射探测器中的应用潜力。
2025-03-18 cond-mat.mes-hall
Excitation-Energy-Selective Control of Hot-Carrier Cooling via a Resonant Optical-Phonon Bottleneck in Graphene
Texas Tech University（德克萨斯理工大学）；U.S. Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）；Georgetown University（乔治城大学）
研究通过石墨烯中的共振光学声子瓶颈实现了对热点载流子冷却的激发能选择性控制，揭示了载流子弛豫时间与激发光子能量之间的非单调依赖关系，并展示了通过增强光学声子寿命来抑制能量向晶格转移的机制。
2026-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Hot-Carrier cooling in Quasi Freestanding Bilayer Graphene with Hydrogen Intercalated Atoms
利用飞秒太赫兹光泵浦探测光谱研究了准自由支撑双层外延石墨烯中热载流子的冷却动力学。我们观察到较长的衰减时间常数，在2.6至6.4 ps的范围内，与以前的研究相比，单层石墨烯，这增加非线性与激发强度。增加的弛豫时间是由于在氢嵌入之后石墨烯层与SiC衬底的解耦，这增加了石墨烯与衬底之间的距离。此外，我们的测量没有表明超碰撞机制与热载流子的冷却过程有关，这最终是通过电子光学声子散射实现的。
2023-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot Carrier Dynamics in Photoexcited Gold Nanostructures: Role of Interband Excitations and Evidence for Ballistic Transport
利用金属纳米结构中的短寿命光激发电子-空穴对有可能定义光电子学的新阶段，从而能够控制用于光捕获、光检测和光致发光的非热机制。然而，到目前为止，这些光激发载流子的时空动力学和运输仅定性表征。等离子体激元激发已被广泛视为产生非热热载流子的有效机制。尽管有许多实验，结论性的证据阐明和量化的热载流子产生，运输和注入的全部动力学尚未报道。在这里，我们结合实验测量与耦合的第一性原理电子结构理论和玻尔兹曼输运计算提供前所未有的洞察内部量子效率，因此内部物理，热载流子在光激发金（Au）-氮化镓（GAN）纳米结构。我们的研究结果表明，在20 nm厚的Au纳米结构中产生的光激发电子冲击弹道上的Au-GaN界面。这一发现表明，热载流子的能量可以从金属纳米结构中利用，而不会通过热化而产生大量损失。测量和计算还揭示了金属能带结构在等离子体纳米天线的带间阈值以上的能量下的热载流子产生中的重要作用。综上所述，我们的研究结果推进了对现实尺度的金属纳米结构中的激发载流子动力学的理解，并为设计在弹道机制中操作的新型光电子器件奠定了基础。
2017-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Valley Coherent Hot Carriers and Thermal Relaxation in Monolayer Transition Metal Dichalcogenides
我们显示室温谷相干性与MoS 2，MoSe 2，WS 2和WSe 2单层使用线性偏振分辨热光致发光（PL），在接近激发的能量-证明保存谷相干性之前，充分的散射事件。共极化热发光的特点，使我们能够提取的结合能的下限为0.42（+/- 0.02）eV的单层二硫化钼中的A激子。PL峰的展宽被发现是由玻尔兹曼型热发光尾，并使用指数衰减的斜率，在原位提取的载流子温度在不同阶段的能量弛豫。在弛豫过程中发射的光学声子的温度探测通过利用相应的拉曼峰的加宽，由于温度引起的非谐效应。研究结果提供了谷相干热载流子光生及其随后的能量弛豫路径的物理图像。
2016-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of photo-injection of hot plasmonic carriers in metal-semiconductor nanostructures
我们从理论上研究了等离子体载流子从光激发的金属晶体注入到半导体接触或附着分子的影响。大尺寸和小尺寸金属纳米晶中光激发热载流子的分布有很大的不同。在大的纳米晶体中，大多数载流子具有非常小的能量，并且热载流子分布类似于体中的等离子体波的情况。在小于20 nm的纳米晶体中，载流子分布扩展到更大的能量，并占据整个区域E_{F} <E<Ω。上述行为的物理原因是量子力学中的动量不守恒。由于上述性质，小尺寸的纳米晶体最适合于设计基于等离子体电子和空穴注入的光电和光合器件。该问题的中心参数是Δ N =omega/ q_{L} * v_{F}，其中q_{L}是动量传递，v_{F}是费米速度。在金纳米晶体中，当Δ N <7时，高能热电子产生是有效的。对于较大的参数Δ N，高能电子的数量大大减少。另一个重要因素是激发光的偏振。为了有效地激发具有高能量的载流子，电场极化矢量应该垂直于具有小宽度~ 10-20 nm的棱柱状纳米天线（板或片）。我们还显示了我们的理论之间的关系注入等离子体纳米晶体和Fowler理论注入从散装金属。除了棱柱几何（或片晶几何），我们还考虑立方体。研究结果可用于设计纯固态光电子器件和光催化及太阳能转换系统。
2013-09-19 cond-mat.mes-hall
Transport of hot carriers in plasmonic nanostructures
等离子体激元热载流子器件在平衡之前从金属纳米结构中提取受激载流子，并且具有超越半导体光吸收剂的潜力。然而，到目前为止，它们的效率仍然远低于理论极限，这需要定量预测等离子体结构中的载流子传输和能量损失，以识别和克服载流子收集中的瓶颈。在这里，我们提出了一个理论和计算框架，空间和能量的非平衡散射（NESSE），结合相空间（玻尔兹曼）和粒子为基础的（蒙特卡罗）方法的最佳功能来预测载流子能量分布的空间演化。在NESSE框架内，我们在原子尺度上桥接等离子体衰变和载流子碰撞积分的第一原理电子结构预测，并在纳米到介观尺度上进行电磁场模拟。最后，我们应用NESSE来预测光激发载流子的空间分辨能量分布，这些光激发载流子在几十到几百纳米的长度尺度上影响实验上可实现的等离子体纳米结构的表面，从而实现热载流子器件的第一原理设计。
2019-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Engineering the directionality of hot carrier tunneling in plasmonic tunneling structures
针对隧穿MIM结的光电压生成机制，研究人员构建金/铂电极的不对称等离子体MIM结构，证实等离子体衰减可诱导热载流子隧穿的方向性及对应开路光电压极性，为光电探测器件设计提供新思路。
2023-05-30 cond-mat.mes-hall physics.optics
Dynamical evolution of the Schottky barrier as a determinant contribution to electron-hole pair stabilization and photocatalysis of plasmon-induced hot carriers
利用等离子体激元诱导的热载流子有望为清洁能源和化学催化的发展开辟新的途径。在热化和复合之前提取载流子对于获得有吸引力的转换产率是至关重要的。本文用电子动力学和电子-离子动力学方法研究了Au-TiO $_{2}$体系的热载流子注入。我们的结果表明，纯电子特性（不考虑多体相互作用或耗散到环境中）有助于电子-空穴分离的稳定性。这些结果揭示了存在的动态贡献的界面势垒（肖特基势垒），出现在电荷注入的步伐，阻碍电子的反向转移。此外，我们表明，这种电荷分离稳定提供了所需的时间，用于电荷泄漏到置于TiO $_{2}$表面的帽分子触发相干键振荡，这将导致光催化解离。我们希望我们的研究结果将增加新的视角来解释已经检测到的长寿命的热载流子寿命，它们的催化作用，并伴随着它们的技术应用。
2022-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Role of Nonequilibrium LO Phonons, Pauli Exclusion, and Intervalley Pathways on the Relaxation of Hot Carriers in InGaAs Multi-Quantum-Well Structures
在InGaAs多量子阱（MQW）结构中的连续波激光激发下，随着注入载流子密度的增加，与980 nm激发相比，从光致发光提取的载流子温度对于405 nm激发上升得更快。在MQW系统中的载流子动力学的Ensemble蒙特卡罗模拟表明，这种载流子温度上升主要是由非平衡LO声子效应，与泡利排斥具有显着的效果，在高载流子密度。此外，我们发现，由于强烈的谷间传输，对于405 nm激发，很大一部分载流子驻留在卫星L谷中，这导致与排除谷间传输的情况相比，中央谷的稳态电子温度较低模型。实验和模拟之间的良好协议已被证明，并已提出了详细的分析。这项研究扩展了我们对半导体中热载流子种群动态的认识，这可以应用于进一步限制太阳能电池中的能量损失。
2023-03-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
