Hot Carrier Thermalization and Josephson Inductance Thermometry in a Graphene-based Microwave Circuit
本文利用耦合微波谐振器的多端超导器件测量 hBN 封装石墨烯的电子温度，高精度揭示电子和空穴热化规律及界面共振电子—声子冷却机制。
2022-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Thermalization of photoexcited carriers in two-dimensional transition metal dichalcogenides and internal quantum efficiency of van der Waals heterostructures
范德华半导体异质结构可以成为下一代光电和光伏器件中利用热光激发载流子的平台。热载流子器件的内量子效率取决于光生载流子提取率和热化率之间的关系。利用\textit{ab-initio}方法，我们证明了单层过渡金属二硫属化物的光生载流子热化时间强烈地依赖于声子谱和电子自旋轨道耦合的特性。详细地说，在价带中提升的自旋简并抑制了声学声子上的空穴散射，与电子相比，将空穴的热化减慢了一个数量级。此外，在MoS $_2$和WSe $_2$中，空穴热化时间表现不同，因为在这些看似相似的材料中自旋轨道相互作用不同。我们预测隧穿范德华半导体异质结构的内部量子效率定性地取决于是否使用MoS $_2$或WSe $_2$。
2019-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-thermal Tomonaga-Luttinger liquid eventually emerging from hot electrons in the quantum Hall regime
该研究证明量子霍尔边缘通道中TL液体受高能热电子激发仍能形成非热亚稳态，通过片上探测器揭示单粒子到多体交叉，为利用守恒量传输信息提供新途径。
2023-05-15 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
Strong Hot Carrier Effects Observed in a Single Nanowire Heterostructure
利用瞬态瑞利散射研究了GaAsSb/InP纳米线异质结中热载流子的热化过程。通过比较单一裸GaAsSb纳米线的能量损失率，不显示实质性的热载流子效应与核壳纳米线，我们表明，InP壳的存在下，基本上抑制LO声子发射率在低温下导致强烈的热载流子效应。
2019-09-16 cond-mat.mes-hall
Negative Differential Conductance and Hot Phonons in Suspended Nanotube Molecular Wires
自由悬浮的金属单壁碳纳米管（SWNTs）的载流能力比基底上的碳纳米管低，在低电场下表现出负微分电导（NDC）。理论分析揭示了显着的自加热效应，包括电子散射热非平衡光学声子。利用强自加热下的电子输运特性，首次探测单个单壁碳纳米管的热导率（~ 3600 Wm-1 K-1，T=300 K）高达~700 K，并揭示了Umklapp声子散射在高温下的1/T依赖性。
2005-08-31 cond-mat.mes-hall
Interaction effects on thermal transport in quantum wires
我们发展了量子线中弱相互作用电子的热输运理论。与高维系统不同，一维电子气需要三粒子碰撞来实现能量弛豫。最快的弛豫是由同动电子的分支内散射提供的，它建立了分布函数的部分平衡形式。的热传导是由较慢的分支间的过程，使反向传播粒子之间的能量交换。我们推导出一个解析表达式的相互作用电子的热导有效的任意关系之间的导线长度和电子热化长度。我们发现，在足够长的导线的相互作用引起的校正的热导饱和到一个相互作用无关的值。
2011-09-16 cond-mat.mes-hall
Tuning ultrafast electron thermalization pathways in a van der Waals heterostructure
超快电子热化-导致俄歇复合、通过碰撞电离的载流子倍增和热载流子发光的过程-发生在材料中的光学激发电子经历快速电子-电子散射以重新分配多余能量并达到电子热平衡时。由于极短的时间和长度尺度，即使使用最先进的超快激光技术，纳米器件中电子热化的测量和操纵仍然具有挑战性。在这里，我们通过利用二维范德华（vdW）材料的原子薄度来克服这一挑战，以便引入一个高度可调的电子转移途径，直接与电子热化竞争。我们在石墨烯-氮化硼-石墨烯（G-BN-G）vdW异质结构中实现了这一方案，通过该异质结构，光激发载流子从一个石墨烯层传输到另一个石墨烯层。通过施加层间偏置电压或改变激发光子能量，可以控制层间载流子传输以比层内散射事件更快或更慢地发生，从而有效地调节石墨烯中的电子热化路径。我们的研究结果，这表明了一种新的手段来探测和直接调制纳米材料中的电子能量传输，代表了设计和实现具有定制微观特性的新型光电和能量收集设备的重要一步。
2016-01-10 cond-mat.mes-hall
Spin relaxation of hot electrons in the Gamma-valley of zinc-blende semiconductors
本文提出了一种计算超热电子能量热化过程中自旋弛豫的方法。这个模型的结果匹配最近的实验数据，它们可以用来检查自旋相关的边界条件的适用性，在反向偏置条件（自旋注入）的半导体/铁磁结。
2009-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Light-induced injection of hot carriers from gold nanoparticles to carbon wire bundles
本研究观察到金纳米颗粒间碳链阵列在激光照射下隧穿电流增强，源于表面等离激元衰变产生的热载流子注入，可用于单光子发射和光伏应用。
2023-05-12 cond-mat.mes-hall
Theory of Thermal Relaxation of Electrons in Semiconductors
我们计算的瞬态动力学的声子接触高能量的“热”载流子在12极性和非极性半导体，使用第一性原理玻尔兹曼输运框架。对于大多数材料，我们发现，在电子温度的衰减偏离显着从一个单指数模型的时间范围从1 ps到15 ps后的电子激发，伴随着非热振动模式的出现的现象。我们证明，这些效应是由于声子子系统内的缓慢热化造成的，这是由这些材料中电子-声子和声子-声子相互作用的时间尺度的巨大不均匀性引起的。我们提出了一个广义的2-温度模型占声子热化作为限制步骤的电子-声子热化，它捕捉到了半导体中的热电子和空穴的全部热弛豫。我们的研究结果的一个直接后果是，对于半导体，关于电子-声子和声子-声子耦合的光谱分布的信息可以从电子温度的多指数行为中提取。
2017-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Penetration of hot electrons through a cold disordered wire
本文研究了高能电子E<<T穿过长度为L<<a（a为局域化长度）的强无序金属丝的穿透问题。当从一个定域态跳到另一个定域态时，这样的电子可以释放能量，但不能获得能量。我们已经找到了透射系数t的分布函数。典型的t在L/a中保持指数小，但与直接弹性隧穿的情况相比，减小。在t值过高的区域，分布函数有一个相对较强的尾部;平均<t>~（a/L）^2由与该尾部对应的罕见无序组态控制。
2010-08-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
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
Strongly correlated crystalline higher-order topological phases in two-dimensional systems: A coupled-wire study
耦合线结构已广泛应用于量子霍尔系统和保序拓扑（SPT）相位。在这封信中，我们使用耦合的一维非手性Luttinger液体与畴壁结构的质量项作为量子线，构建了两个代表性的例子：$D_4$ -对称类D HOTSC和$C_4$ -对称类BD\1 HOTSC的二维相互作用费米子系统中的晶体高阶拓扑超导体（HOTSC），在边缘上的Majorana角模。此外，基于耦合线结构，通过调节线间耦合，二维HOTSC的不同相位之间的量子相变进行了研究，在一个简单的方式。
2022-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Ultrafast Studies of Hot-Hole Dynamics in Au/p-GaN Heterostructures
从光激发的金属纳米颗粒中收获非平衡热载流子使得等离子体激元驱动的光化学转化和具有共振纳米天线的可调谐光电探测成为可能。尽管对超快电子动力学的研究很多，但迄今为止，金属-半导体异质结构中热空穴的时间演化仍然是未知的。需要对热空穴驱动系统中载流子动力学的更好理解，以帮助将热载流子光电子学的范围扩展到基于热电子的器件之外。在这里，使用超快瞬态吸收光谱，我们表明，等离子体激元诱导的热空穴注入到p型氮化镓（p-GaN）的价带的金（Au）纳米粒子发生在200 fs内，放置热空穴转移类似的时间尺度上的热电子转移。我们进一步观察到，从下面的Au费米能级的热空穴的去除施加了明显的影响，热电子上面的热化，降低峰值电子温度和减少电子-声子耦合时间相对于Au样品没有热空穴收集的途径。第一性原理计算证实了这些实验观察，表明热空穴注入修改的d-带电子结构的超快调制的Au纳米粒子中的热电子的弛豫动力学。总之，这些超快的研究大大提高了我们的理解的时间演变的热空穴在金属-半导体异质结构，并提出了新的策略，操纵和控制超快时间尺度上的热载流子的能量分布。
2018-10-09 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
Ultrafast hot carrier dynamics of ZrTe$_5$ from time-resolved optical reflectivity
利用超快时间分辨光学反射率研究了ZrTe $_5$的热载流子动力学。我们的研究结果揭示了声子介导的跨隙复合，与先前通过光电子能谱观察到的其温度依赖性的间隙性质一致。此外，在初始光激发后，两个不同的弛豫与扭结的功能得到了很好的解决，表明电子热化过程的复杂性。我们的研究结果表明，相关的多体效应的ZrTe $_5$的瞬态动力学起着重要的作用。
2018-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Long lifetimes of ultra-hot particles in interacting Fermi systems
研究了超热电子与费米海相互作用的弛豫速率与能量的关系。我们考虑二维和三维系统，准一维量子线与多个横向带，以及单通道一维线。我们的分析包括自旋和自旋极化设置，与短程和库仑相互作用。我们表明，相当普遍的，弛豫率是一个非单调的函数的电子能量和衰减的幂律在高能量。换句话说，超热电子随着能量的增加而重新获得它们的相干性。在最近的多带量子线实验中观察到了这种行为，J. Reiner等人，Phys. Rev. X { \bf 7}，021016（2017）。
2018-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Hot electrons in low-dimensional phonon systems
金属中电子-声子耦合的一个简单的体模型在解释金属薄膜实验方面取得了惊人的成功，这些实验实际上涉及表面或其他低维声子。然而，通过将这个标准模型精确地应用于具有自由表面的半无限衬底，利用衬底的实际振动模式，我们表明这种一致性是偶然的，并且该模型实际上预测了从熟悉的T^5温度依赖性到更强的T^6 log T标度的低温交叉。与现有实验的比较表明，金属中电子-声子热化的标准模型普遍崩溃。
2005-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Slowing hot carrier relaxation in graphene using a magnetic field
利用简并泵浦-探测技术研究了多层石墨烯中的非平衡载流子动力学。观察到两个明显不同的动力学的载流子弛豫。在相空间填充的初始效应之后载流子的快速弛豫（$\sim 50$ fs），随后由于热化而较慢弛豫（$\sim 4$ ps）。当在低温下施加磁场时，这两种弛豫过程的效率较低，这归因于石墨烯中狄拉克费米子的非等距朗道能级间距导致的电子-电子俄歇散射的抑制。
2009-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Tracking primary thermalization events in graphene with photoemission at extreme timescales
直接和逆俄歇散射是介导半导体中热载流子热化的主要过程之一。这两个过程涉及通过与第三载流子交换能量来湮灭或产生电子-空穴对，第三载流子被加速或减速。逆俄歇散射通常被抑制，因为减速的载流子必须具有高于带隙本身的过量能量。在石墨烯中，这是无间隙的，相反，逆俄歇散射预测在最早的时间延迟是占主导地位的。在这里，$<8$飞秒极紫外脉冲被用来检测这种不平衡，跟踪激发电子的数量和它们的动能与时间和角度分辨光电子能谱。超过约25 fs的时间窗口后，吸收的泵浦脉冲，我们观察到的导带载流子密度的增加和平均载流子动能的同时减少，揭示了弛豫实际上是由逆俄歇散射为主。在极端时间尺度的光电子学载流子散射的测量将作为指导超快控制的电子性能在固体PetaHertz电子学。
2015-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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 Electrons Regain Coherence in Semiconducting Nanowires
该研究利用扫描隧道显微镜首次观测到一维半导体纳米线中热电子退相干性随能量非单调演化并在高能区恢复稳定的现象，为高能量量子应用提供了新途径。
2017-04-09 cond-mat.mes-hall
Probing thermalization and dynamics of high-energy quasiparticles in a superconducting nanowire by scanning critical current microscopy
利用低温扫描隧道显微镜独立调节高能准粒子注入的能量与速率，发现纳米线临界电流降低主要由注入功率控制，证明了热机制并揭示了热点的快速动力学。
2022-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Nonequilibrium magnons from hot electrons in antiferromagnetic systems
本文提出一种非热磁振子激活机制，通过超快强激光脉冲激发的局部平衡自旋未极化热电子，在AFM系统中产生亚纳秒尺度的非平衡磁振子布居，并可通过外部磁场进行额外操控，为超快控制AFM自旋动力学铺平道路。
2023-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Time-resolved spectral densities of non-thermal electrons in gold
本文基于全能量分辨Boltzmann碰撞积分建立了金中光激发非平衡电子的动力学模型，揭示了热电子弛豫时间尺度对动能的显著依赖性，并表明激光光子能量和能量密度可调控时间分辨电子谱密度动力学。
2023-07-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Phonon-assisted carrier cooling in h-BN/graphene van der Waals heterostructures
作为超薄导体-绝缘体结应用于光电子器件中，需要详细研究h-BN和石墨烯究竟如何杂化。在这里，我们提出了一个全面的从头算研究的热载流子动力学的电子-声子散射在h-BN/石墨烯界面，使用石墨（散装），单层和双层石墨烯作为基准材料。与单层石墨烯相反，所有多层结构都具有促进载流子热化的低能光学声子模式。我们发现，h-BN/石墨烯界面代表了一个例外，低能光学声子和电子之间的耦合相对较弱。因此，从石墨烯已知的热化瓶颈效应在与h-BN的杂交中幸存下来，但在考虑的所有其他双层和多层情况下大大减少。此外，我们还表明，与石墨相比，双层石墨烯中的量子限制对热化时间没有显着影响，因此双层石墨烯可以作为体相对应物的极小模型。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmon decay and thermal transport from spin-charge coupling in generic Luttinger liquids
我们讨论了一般非线性Luttinger液体中自旋-电荷分离的破坏，并研究了它对弹道量子线中真正的自旋1/2电子液体的弛豫和热输运的影响。我们确定基本的散射过程兼容的对称性的问题和守恒定律，导致等离子体振子的衰变到自旋模式。我们推导了自旋-电荷激发的耦合动力学方程，并解决了量子线长度和自旋-电荷热化长度之间任意关系的相互作用电子的热导问题。
2014-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Spatially resolved femtosecond pump-probe study of topological insulator Bi2Se3
利用空间分辨超快泵浦-探测技术研究了Bi_2Se_3晶体中载流子和声子的动力学行为。在差分反射中观察到明显的振荡，具有两个不同的频率，并归因于相干光学和声学声子，分别。信号的上升时间表明，在这种材料中，热载流子的热化和能量弛豫都是亚ps的。我们发现，热化和弛豫时间随载流子密度的增加而减小。差分反射轮廓的扩展允许我们估计双极载流子扩散系数在每秒500平方厘米的量级上。轮廓的长期缓慢膨胀显示热扩散系数为每秒1.2平方厘米。
2011-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Femtosecond spin current pulses generated by the non-thermal spin-dependent Seebeck effect and interacting with ferromagnets in spin valves
利用磁致二次谐波对自旋电流的敏感性，我们在Fe/Au/Fe/MgO（001）赝自旋阀中实现了250 fs的自旋电流脉冲。它们的时间分布表明，超扩散热电子输运通过亚100纳米的Au层接近弹道极限和脉冲持续时间主要由激光激发的热载流子在Fe中的热化时间决定。考虑到计算的自旋相关的Fe/Au界面透射率，我们得出结论，一个非热自旋相关的塞贝克效应是负责产生超短SC脉冲。我们还表明，热电子自旋旋转时，与非共线磁化在Au/Fe界面的相互作用，这为未来的自旋电子器件具有很高的潜力。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation and stabilization of photonic Fock states in a hot radio-frequency resonator
从射电天文学到核磁共振成像，微弱射频电磁场的探测在很多领域都起着至关重要的作用。在量子力学中，弱场的极限是单光子。在兆赫频率下检测和操纵单光子是一个挑战，因为即使在低温下，热波动也很大。在这里，我们使用千兆赫超导量子比特直接观察兆赫射频电磁场的量子化。利用该量子比特，我们实现了对热光子的量子控制，冷却到基态，稳定光子Fock态。从我们的控制释放谐振器，我们直接观察其再热化动力学与浴纳秒分辨率。将电路量子电动力学扩展到一个新的领域，我们可以在量子尺度上探索热力学，并允许量子线路与兆赫系统（如自旋系统或宏观机械振荡器）接口。
2019-03-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Maintaining the local temperature below the critical value in thermally out of equilibrium superconducting wires
本文用开放量子系统的广义理论结合平均场论研究了与不同温度热浴接触的超导导线。结果表明，根据较冷的浴的温度，较热的浴的温度可以大大超过平衡临界温度，并且仍然在导线中的局部温度保持低于临界温度，因此导线保持在超导状态。研究了接触面积和无序度的影响。最后，一个实验装置，建议来测试我们的预测。
2009-07-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
