Density-functional calculation of static screening in 2D materials: the long-wavelength dielectric function of graphene
在密度泛函理论的框架下计算了中性和掺杂石墨烯的长波长静态屏蔽特性。我们使用一个平面波的方法与周期性的图像在第三维和截断库仑相互作用，以消除虚假的层间屏蔽。我们仔细解决的问题，从模拟的三维电位提取二维介电性能。我们比较这种方法与解析表达式推导出的二维无质量狄拉克费米子在随机相位近似。我们评估的贡献偏离锥形带，交换相关和本地字段。对于动量小于费米波矢的两倍，密度泛函微扰方法中石墨烯的静态屏蔽与随机相位近似和忽略局部场的锥形带的结果一致。对于较大的动量，我们发现解析模型低估了静态介电函数的$\approx 10%$，主要是由于锥形带近似。
2015-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the effective fine structure constant in graphene: opposing effects of dielectric screening on short- and long-range potential scattering
我们通过在超高真空中添加水覆盖层来降低石墨烯中的无量纲相互作用强度，从而增加介电屏蔽。由于背景介电常数增强导致电子与带电杂质的相互作用减少，因此由长程杂质散射限制的迁移率增加了30%以上。然而，由于短距离杂质的载流子密度无关的电导率降低了近40%，由于减少了屏蔽的杂质电位的传导电子。最小电导率几乎不变，由于取消电子/空穴的水坑密度和长程杂质迁移率的贡献。实验数据进行了比较与理论预测具有良好的协议。
2008-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric screening at TMD:hBN interfaces: Monolayer-to-bulk transition, local-field effect, and spatial dependence
本研究采用第一性原理介电嵌入GW方法，系统研究hBN衬底对不同TMDs的介电屏蔽效应的厚度依赖、局域场效应与空间依赖性，为能带结构工程提供定量依据。
2023-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Fast, efficient, and accurate dielectric screening using a local, real-space approach
计算电子行为的各种多体微扰理论技术依赖于{ \it W}，屏蔽库仑相互作用。计算{ \it W}需要完全了解电子系统的介电响应，并且计算的介电响应的保真度限制了预测的电子和结构性质的可靠性。作为一种简化，计算通常从随机相位近似（RPA）开始。然而，即使RPA计算也是昂贵的，并且扩展性差，通常为$N^4$（$N$表示系统大小）。局部方法已被证明是有效的，同时保持筛选核心水平激发的准确性[Ultramicroscopy { \bf 106}，986（2006）]。我们将这种方法推广到价态激发。我们提出了改进的准确性和执行这个计划，包括重建的全电子字符的赝势为基础的波函数，改进的$N^2\log N$缩放，和并行实现。我们讨论了应用Bethe-Salpeter方程（BSE）计算的核心和价光谱。
2021-06-10 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Non-Hydrogenic Exciton Series in 2D Materials on High-$κ$ Dielectric Substrates
介电环境的工程是一种强大的策略，可以控制二维（2D）材料的电子和光学特性，而不会影响其结构完整性。在这里，我们表明，高$κ$二维材料的最新发展提出了新的机会，电介质工程。通过求解WSe $_2$在不同衬底上的二维Mott-Wannier激子模型，使用从第一性原理获得的屏蔽电子-空穴相互作用，我们证明了激子里德伯系列定性地改变时，在二维半导体内的介电屏蔽变得占主导地位的衬底。在这种制度下，屏蔽的距离依赖性是相反的，有效的屏蔽随着激子半径的增加，这是相反的传统的二维屏蔽制度。因此，更高的激子态变得欠束缚，而不是过度束缚相比，氢化里德伯系列。最后，我们导出了整个二维里德堡系列激子结合能的一般解析表达式
2020-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Effects of dynamical dielectric screening on the excitonic spectrum of monolayer semiconductors
本文提出动态Bethe-Salpeter方程数值求解新方法，揭示单层半导体中激子共振蓝移源于动态介电屏蔽，并阐明带隙重整化需同时考虑低频和高频介电常数。
2024-04-19 cond-mat.mtrl-sci
How dielectric screening in two-dimensional crystals affects the convergence of excited-state calculations: Monolayer MoS$_2$
我们提出了第一性原理多体计算的介电常数，准粒子能带结构，和光学吸收光谱的单层MoS $_2$使用超原胞方法。随着周期性重复层之间的间隔增加，该层的介电函数在$q=0$周围产生强的$q$依赖性。这意味着当使用大型超级原胞时，需要更密集的$k$点网格来收敛带隙和激子结合能。在无限层分离的极限中，这里使用截断库仑相互作用获得，需要$45\times45$ $k$点网格来将G $_0$ W $_0$带隙和激子能量收敛到0.1eV内。我们提供了一个广泛的比较与以前的研究，并解释协议和变化的结果。它表明，太粗糙的$k$点采样和重复层之间的相互作用有相反的影响上的带隙和激子能量，导致一个偶然的错误取消在先前公布的结果。
2014-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Screening in Electromagnetic Dressing of Semiconductors
Université de Bordeaux - CNRS - CEA, CELIA, UMR5107（波尔多大学 - 法国国家科学研究中心 - 法国原子能和替代能源委员会，CELIA联合研究单位）
研究电磁修饰半导体时介电性质对弗洛quet-沃克状态的影响，通过实验几何分析揭示介电屏蔽在光-物质相互作用中的作用。
2026-04-28 cond-mat.mtrl-sci
A Unified Dielectric-Dependent Hybrid Functional for Accurate Band Gaps across Dimensions
Nicolaus Copernicus University in Toruń（托伦哥白尼大学）；Paderborn University（帕德博恩大学）；Indian Institute of Technology, Hyderabad（海德拉巴印度理工学院）；National Institute of Science Education and Research（国家科学教育与研究机构）
提出几何无关的介电响应，自洽构建非经验屏蔽介电依赖杂化泛函，在100种体相、低维和混合维度材料中达到近GW精度，揭示屏蔽-交换-带隙关系。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Screening in Epitaxial Graphene via Nearly Free-Electron Metal Intercalation
Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ctd.qmat, Universität Würzburg（维尔茨堡大学维尔茨堡-德累斯顿卓越集群ctd.qmat）；Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, Universität Würzburg（维尔茨堡大学理论与天体物理研究所）；Diamond Light Source（钻石光源）
本研究通过在石墨烯-SiC界面插层双层铟，利用层分辨密度泛函理论和角分辨光电子能谱证实其可显著增强石墨烯的介电屏蔽，为调控石墨烯介电环境提供了有效方法。
2026-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric engineering of hot carrier generation by quantized plasmons in embedded silver nanoparticles
了解和控制等离子体激元诱导的热载流子的性质是迈向下一代光伏和光催化器件的关键一步。在这里，我们发现了一条路线，工程热载流子生成率的银纳米粒子设计嵌入在介电基质材料。扩展我们最近建立的量子力学方法来描述量子化等离子体的衰变成热载流子，我们捕获的纳米粒子环境和银d-电子通过有效的电子-电子相互作用的内部屏蔽的外部屏蔽。我们发现，热载流子的产生可以最大限度地通过工程的介电主体材料，使局部表面等离子体激元的能量与最高值的纳米粒子联合态密度相一致。这使我们能够揭示一条控制载流子能量和产生量的途径，例如通过嵌入强屏蔽环境中获得大量相对低能量的载流子。
2021-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Non-adiabatic suppression of 3D excitonic screening in black phosphorus by mid-infrared pulses
电子-空穴库仑吸引和三维介质屏蔽之间的竞争决定了层状半导体的光学性质。在低维材料中，光载流子的超快激发可以显著改变平衡介电环境，导致重整化带隙和激子结合能。最近，黑磷作为一种具有强烈层依赖性电子特性的2D材料出现。在这里，我们解决了相干响应的屏蔽子间隙光激发散装黑磷，并发现，中红外脉冲调谐跨带隙驱动瞬态非热抑制的介电屏蔽，这是揭示了单层激子共振的出现。我们的工作揭示了层间相互作用在确定2D材料的电子性质中的作用，并揭示了光学操纵它们的可能性，这对于多功能范德华低维材料的工程具有重要意义。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Dipolar interactions enhanced by two-dimensional dielectric screening in few-layer van der Waals structures
本文从理论上研究了少层范德华结构中二维介电屏蔽对层间激子偶极及四极相互作用的显著增强机制，发现其强度可提升1至2个数量级，并能通过介电环境工程进一步调控。
2024-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computational screening of high-performance optoelectronic materials using OptB88vdW and TB-mBJ formalisms
我们进行高通量的密度泛函理论（DFT）计算的光电性能（电子带隙和频率相关的介电函数）使用OptB 88 vdW功能（OPT）和trans-Blaha修改的贝克约翰逊势（MBJ）。这些数据通过JARVIS-DFT数据库公开发布。我们使用这些数据来评估这两种形式主义之间的差异，并量化它们的准确性，在适用的情况下与实验数据进行比较。目前，我们有17，805 OPT和7，358 MBJ带隙和介电函数。MBJ被发现预测更好的带隙和介电函数比OPT，所以它可以用来改善众所周知的带隙问题的DFT在一个相对便宜的方式。用OPT和MBJ得到的介电函数的峰位与实验相当一致。这些数据可在我们的网站http://www.ctcms.nist.gov/~knc6/JVASP.html和https://jarvis.nist.gov上查阅。
2018-04-03 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric environment mediated quantum screening of one dimensional electron gas
放松“无限均匀背景”假设，计算了一维半导体纳米线在介电环境中的介电响应函数。结果表明，高介电常数（高于半导体介电常数）的介电环境降低了纳米结构内部自由载流子的屏蔽作用，而低介电常数的介电环境增加了自由载流子之间的库仑相互作用，增强了屏蔽作用的强度。在长波长极限下，电子气的介电屏蔽和集体激发仅由环境而不是半导体决定。静态介电函数的行为是特别解决在一个特定的波矢q=2k_F;波矢普遍出现在电荷输运的纳米结构
2011-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Breakdown of the static dielectric screening approximation of Coulomb interactions in atomically thin semiconductors
该研究通过电荷可调激子共振实验，发现高介电常数环境中激子蓝移超30 meV，表明静态介电屏蔽近似失效，动态屏蔽模型揭示自能由高频响应主导，为调控多体效应提供新途径。
2024-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Screening Effects on Auger Recombination in Metal-Halide Perovskites
Uppsala University（乌普萨拉大学）
研究通过引入频率依赖的屏蔽库仑相互作用，揭示动态介电筛选对金属卤化物钙钛矿中俄式重组的增强作用，降低俄式系数并改变重组临界点。
2025-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of the vertical dielectric screening dependence on defects for few-layered van der Waals materials
本研究通过第一性原理计算，揭示了少层MoS2中介电屏蔽对空位分布和层间距离的依赖，并提供了通过调控层间距离和空位分布来工程化介电常数的方法，适用于纳米器件和超级电容器。
2024-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Physics-Based Factorized Machine Learning for Predicting Ionic Dielectric Tensors
Institute for Materials Research, Tohoku University（东北大学物质材料研究机构）；Graduate School of Engineering, Tohoku University（东北大学大学院工学研究科）；Organization for Advanced Studies, Tohoku University（东北大学先进教育研究机构）
本文提出基于物理的因子化解析机器学习方法，通过等变图神经网络和预训练势预测离子贡献，从而更准确地预测高κ材料的介电张量。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Graphene in periodic deformation fields: dielectric screening and plasmons
我们考虑了石墨烯晶格的周期性形变所产生的周期性标量势和矢量势对电子能谱的影响。讨论了狄拉克点附近电子速度对不同类型周期扰动的依赖关系。我们还研究了屏蔽的标量势的效果，通过计算的介电函数作为波长的函数的周期电位。该计算表明，周期性标量场被屏蔽强烈抑制。利用电子速度对周期场的依赖关系，我们还研究了石墨烯中等离子体激元谱的变化。我们发现，等离子体激元激发谱可以有效地控制由周期性的应变场。
2012-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Creation of moiré bands in a monolayer semiconductor by spatially periodic dielectric screening
二维范德瓦耳斯材料的莫尔超晶格已经成为设计电子能带结构和发现涌现物理现象的强大平台。一个关键的概念是当两种材料重叠时，通过层间杂交在晶体中产生长波长周期性势和莫尔带。在这里，我们展示了一种新的方法的基础上，空间周期性的介电屏蔽，在单层半导体创建莫尔带。它依赖于单层半导体中库仑相互作用的介电屏蔽的减少及其环境介电依赖的电子能带结构。当单层WSe $_{2}$靠近六方氮化硼上的小角度错位石墨烯时，我们观察到了摩尔带之间的光学跃迁。莫尔带是长程库仑相互作用的结果，强烈的栅极可调，并且可以具有与主体材料的晶格无关的通用超晶格对称性。我们的结果也表明，单层半导体是敏感的局部介电传感器。
2020-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Environmental dielectric screening effect on exciton transition energies in single-walled carbon nanotubes
通过将单壁碳纳米管（SWNTs）浸泡在不同的有机溶剂中，利用光致发光和激发光谱定量研究了介电常数在1.0 ~ 37范围内环境介电屏蔽对SWNTs激子跃迁能的影响.随着环境介电常数（$ε_{\rm env}$）的增加，$E_{11}$和$E_{22}$都表现出几十毫电子伏的红移和在$ε_{\rm env} \sim 5$饱和的趋势，而没有显着的（$n$，$m$）依赖性的迹象。红移可以用电子-电子排斥作用的介电屏蔽来解释。$E_{11}$和$E_{22}$的$ε_{\rm env}$依赖性可以通过在$ε_{\rm env}$中具有幂律的简单经验方程$E_{\rm ii} = E_{\rm ii}^{\infty} + Aε_{\rm env}^{-α}$来表示。我们还将样品浸入十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中，以研究表面活性剂包裹单壁碳纳米管的效果。得到的$E_{11}$和$E_{22}$与Weisman的数据[Nano Lett. { \bf 3}，1235（2003）]，接近于2的$ε_{\rm env}$的那些。然而，除了由于介电屏蔽的移位之外，还观察到另一个移位，使得（$2n+m$）族模式更广泛地传播，类似于单轴应力引起的移位。
2007-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Anisotropic charge screening and supercell size convergence of defect formation energies
与使用平面波密度泛函理论（DFT）计算缺陷形成能相关的主要误差来源之一是由使用相对小的模拟单元和周期性边界条件导致的有限尺寸误差。大多数广泛使用的用于校正该误差的方法，例如Makov和Payne的方法，假设材料的介电响应是各向同性的，并且可以使用标量介电常数$ε$来描述。然而，这严格地仅对立方晶体有效，并且不能在高度各向异性的情况下工作。在这里，我们介绍了一种变化的外推技术的基础上的马德隆潜力，它允许计算收敛的稀释极限缺陷形成能量在非立方系统具有高度各向异性的介电性能。作为实施这种技术的一个例子，我们研究了陶瓷氧化物Li $_2$ TiO $_3$中的缺陷的选择，该陶瓷氧化物目前被认为是用于聚变反应堆的锂电池材料和增殖材料。
2013-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Efficient full frequency GW for metals using a multipole approach for the dielectric screening
提出面向金属 GW 计算的多极近似方法，通过优化频率采样并处理带内 q→0 贡献，在多种金属性质计算中达到全频率精度且更高效。
2023-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Controlling Excitons in Quasi-1D Perovskites by Dielectric Screening and Connectivity
该研究采用GW近似和Bethe-Salpeter方程框架的第一性原理多体微扰理论，揭示一维限域、八面体连通性与介电屏蔽对准一维钙钛矿激子特性的影响，为相关材料设计和光学实验解读提供依据。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Substrate screening approach for quasiparticle energies of two-dimensional interfaces with lattice mismatch
二维（2D）材料是奇异物理和新兴应用的杰出平台，通过形成界面。为了有效地考虑二维材料准粒子能量中的基底屏蔽效应，已有几种理论方法被提出，但仅适用于晶格常数为一定整数比例的两个体系的界面。在这项工作中，我们分析了基板介质矩阵的不同近似方法之间的等价性和区别。我们评估这些方法的准确性，通过应用它们来计算准粒子能量的六方氮化硼界面系统（异质结和双层），并与明确的接口计算进行比较。最重要的是，我们开发了一种有效和准确的插值技术的介电矩阵，使准粒子能量计算可能的任意失配接口，这是非常重要的实际应用。
2020-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Probing Dielectric Screening in van der Waals Heterostructures via Pressure-Tuned Exciton Rydberg Series
Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Université de Toulouse（图卢兹大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
通过研究单层WSe₂封装在六方氮化硼中的激子里德堡系列，探测压力诱导的周围介电性质变化，提出基于层间距离压力诱导演变和hBN本体介电性质的模型，实现了对压紧hBN介电常数的直接测量，建立了一种新的介电传感方法。
2026-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of Room-Temperature Phonon-limited Carrier Transport in Monolayer MoS2 by Dielectric and Carrier Screening
我们发现，通过结合高k介质衬底和高密度的载流子，库仑杂质可以有效地屏蔽，导致前所未有的室温迁移率约150 cm 2/Vs的单层二硫化钼。高质量的样品使我们能够定量提取受库仑杂质、本征和表面光学声子限制的迁移率分量，并研究它们随温度、载流子密度和介电常数的变化。我们的理论分析和实验数据之间的良好的协议明确表明，室温声子限制的传输实现在单层二硫化钼，这是电子器件应用的必要因素。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Confinement-Driven Exciton Behavior in 2D Halide Perovskites from Dielectric-Dependent Hybrid Methods
Uppsala University（乌普萨拉大学）；Universidad Andres Bello（安德烈斯贝洛大学）
研究揭示了二维卤化物钙钛矿中介电各向异性对激子行为的影响，通过理论和实验分析，展示了介电约束与各向异性屏蔽对电子结构和激子结合能的调控作用。
2025-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Optically Induced Picosecond Lattice Compression in the Dielectric Component of a Strongly Coupled Ferroelectric/Dielectric Superlattice
铁电/介电BaTiO 3/CaTiO 3超晶格的双带隙飞秒光激发导致结构响应，这是组件层之间的强静电耦合的屏蔽的结果。时间分辨的X射线自由电子激光衍射表明，光激发的结构响应包括一个净晶格膨胀的超晶格一致的去极化场屏蔽驱动的光激发载流子。去极化场屏蔽驱动的膨胀与从超晶格外延生长的底部电极发射的光声脉冲分离。超晶格X射线衍射强度的分布表明，去极化场屏蔽引起的应变包括在铁电体BaTiO 3和CaTiO 3中的收缩的光致膨胀。BaTiO 3层的膨胀幅度大于CaTiO 3层的收缩幅度。在BaTiO 3和CaTiO 3组件中的去极化场屏蔽驱动的应变的幅度的差异可以从BaTiO 3/CaTiO 3界面处的氧八面体旋转模式对CaTiO 3的极化的贡献中产生。去极化场屏蔽驱动的极化减少在CaTiO 3层指向一个新的方向，在一个强耦合的铁电/介电超晶格的组成层的极化的操纵。
2022-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculation of optical absorption in semiconductors: A density-matrix description
我们展示了如何在第一性原理密度矩阵描述中描述半导体和半导体纳米结构中的库仑重整化效应和介电屏蔽。这些动态变量和近似方案所需的介质屏蔽的适当描述确定。结果表明，在随机相位近似的直接库仑相互作用成为屏蔽，与静态屏蔽是一个很好的近似，而电子-空穴交换相互作用保持未屏蔽。我们的结果与相应的GW近似和Bethe-Salpeter方程格林函数分析所获得的结果的差异和相似之处进行了讨论。
2001-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Tight binding formulation of the dielectric response in semiconductor nanocrystals
我们报告的半导体纳米晶体的电子介电响应的理论推导使用紧束缚框架。扩展到纳米尺度的汉克和Sham方法[物理评论B 12，4501（1975）]开发的散装半导体，我们展示了如何局部场效应可以包括在研究中的限制系统。这个方案的一个很大的优点是，被制定在定域轨道，因此它需要很少的计算资源和时间。半导体纳米晶体的光学和屏蔽性能的应用在这里提出和讨论。计算了InAs（直接带隙）和Si（间接带隙）纳米晶的吸收截面、静态极化率和屏蔽函数，结果与第一性原理计算结果和实验数据吻合较好。我们还表明，本计划使我们能够很容易地超越连续介质模型，基于克劳修斯-莫索蒂方程，这是经常使用的，包括表面极化。我们的计算表明，连续介质模型，结合使用的大小依赖的介电常数，低估了极化率，导致非常强的表面极化场。
2007-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Band Renormalization in Monolayer MoS2 Induced by Multipole Screening
Gachon university（嘉泉大学）；Korea Research Institute of Standards and Science（韩国计量科学研究院）；Kyung Hee University（庆熙大学）；The Cyprus Institute（塞浦路斯研究所）
研究通过ARPES发现单层MoS2能带结构受温度驱动的层间距离变化影响，展示出非刚性的动量依赖能带重整化，揭示了介电屏效在二维材料中的重要作用。
2026-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Separation between long- and short-range part of the Coulomb interaction in low dimensional systems: implications for the macroscopic screening length and the collective charge excitations
本文通过重新定义并分离长程与短程库仑相互作用，建立了用第一性原理微观量表达低维宏观介电函数的方法，从而在二维金属和半导体中识别集体电荷激发并提取宏观屏蔽长度。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Screening by 2D Substrates
二维（2D）材料越来越多地用作纳米级器件中的有源组件。二维材料的许多有趣的性质源于二维中的简化和高度非局域的电子屏蔽。虽然2D材料中的电子屏蔽已经被广泛研究，但问题仍然是2D基底如何屏蔽邻近它们的电荷扰动或电子激发。厚度依赖的介电屏蔽性能最近已经使用静电力显微镜（EFM）实验进行了研究。然而，有人认为，一些厚度依赖性趋势是由于外部效应。类似地，开尔文探针测量（KPM）表明，当BN板被放置在SiO $_2$上时，电荷波动减少，但尚不清楚这种效应是否是由于来自BN的固有屏蔽。在这项工作中，我们使用第一性原理计算来研究二维材料衬底的完全非局域介电屏蔽特性。对于六方氮化硼（BN）、石墨烯和MoS $_2$，我们的模拟结果与EFM实验结果定性一致，表明实验观察到的厚度相关屏蔽效应是二维材料所固有的。我们进一步明确调查的作用，BN在降低电荷的潜在波动所产生的电荷杂质的基础上的SiO $_2$基板上，观察到的KPM实验。2D材料基底也可以显著改变吸附物的HOMO-LUMO间隙，特别是对于小分子，如苯。我们提出了一个可靠的和非常快速的方法来预测的HOMO-LUMO间隙的小分子物理吸附在2D和3D基板上，仅使用基板的带隙和气相间隙的分子。
2020-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in van der Waals heterostructures: The important role of dielectric screening
强束缚激子的存在是新发现的原子级薄半导体的标志之一。虽然可以理解的是，大的结合能主要是由于在二维（2D）的弱介电屏蔽，屏蔽的2D激子的作用仍然缺乏系统的调查。本文对一个广泛使用的二维类氢激子模型（介电函数ε（q）= 1 + 2παq）进行了批判性的评价，并提出了一个适用范围更广的准二维模型.在准二维图像中，电子和空穴被描述为在垂直方向上具有有限延伸的面内点电荷，并且它们的相互作用被具有非线性q依赖性的介电函数屏蔽，该介电函数是从头计算的。屏蔽相互作用被用于广义Mott-Wannier模型中，以计算孤立和支持的二维材料中的激子结合能。对于孤立的二维材料，准二维处理产生的结果几乎完全相同的严格的二维模型，都是在良好的协议与从头算多体计算。另一方面，对于更复杂的结构，如支撑层或嵌入在范德华异质结构中的层，激子在倒易空间中的尺寸远远超出了介电函数的线性范围，并且准2D描述必须取代2D描述。我们的方法的优点是提供了一个无缝连接之间的严格的2D限制隔离单层材料和更大的支持2D材料或范德华异质结构的屏蔽特性。
2015-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dielectric screening and plasmons in AA-stacked bilayer graphene
在无规相位近似下研究了AA-堆叠双层石墨烯的屏蔽特性和集体激发（等离子体激元）。而在单层石墨烯和AB-堆叠的双层石墨烯中的长寿命的等离子体激元可以仅存在于掺杂的样品中，我们发现相干等离子体激元可以分散在AA-堆叠的双层石墨烯{ \it即使在没有掺杂的情况下}。此外，我们表明，特征低能量色散关系是不受载流子数量的变化，除非掺杂样品的化学势超过层间跳跃能量。我们进一步考虑的外部电场施加垂直的层的效果，并显示如何的模式的色散可以通过施加栅极电压进行调谐。
2013-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Image charge interaction correction in charged-defect calculation
利用周期性超原胞计算荷电缺陷是固体物理中的一类重要问题。然而，有限的超晶胞尺寸引起不期望的长程镜像电荷库仑相互作用。虽然已经提出了各种方法来消除这种图像库仑相互作用，大多数以前的计划是基于一个粗略的近似缺陷电荷屏蔽。在这项工作中，我们提出了一个严格的推导的图像电荷相互作用与一个新的缺陷屏蔽模型，可以避免使用体宏观介电常数。我们已经验证了这种方法与广泛使用的方法相比，12个不同的缺陷。我们的修正方案提供了一个更快的收敛速度有关的超晶胞大小的情况下，具有相当大的图像电荷相互作用。在这些情况下，我们还发现，非线性介电屏蔽可能起着重要的作用。提出的新的缺陷屏蔽模型也将揭示新的光理解缺陷屏蔽性能，并可以应用到其他缺陷系统。
2020-11-05 cond-mat.mtrl-sci
On dielectric screening in twisted double bilayer graphene
利用失配角约为5 °的双螺旋双层石墨烯样品，研究了栅压诱导的电场的介电屏蔽效应。在低温磁输运测量中，观察到了源于两个不同载流子密度带的磁阻量子振荡。载流子密度相对于总载流子密度的行为与AB堆叠的四层石墨烯的行为不同。根据感应电荷随距离指数衰减的模型，对载流子密度比进行了理论分析，并给出了屏蔽长度λ。估计的λ略大于AB堆叠的石墨烯的λ，这可能反映了波函数的概率的平面间分布的差异。
2021-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Dielectric Engineering of Electronic Correlations in a van der Waals Heterostructure
范德华键合层状材料的异质结构提供了独特的手段来定制原子层精度的介电屏蔽，开辟了基础研究的肥沃领域。到目前为止，所使用的光学分析依赖于带间光谱。在这里，我们演示了如何覆盖层的六方氮化硼（hBN）重整WSe $_2$单层使用带内跃迁的激子的内部结构。超宽带太赫兹探针灵敏地绘制出$1s$ A激子光注入后异质结构的全复值中红外电导率。这种方法使我们能够追踪光学亮和暗激子的类原子$1s$ - $2p$跃迁的能量和线宽以及这些准粒子的密度。WSe $_2$ /hBN异质结构中的激子共振与裸单分子层相比发生了红移和变窄。此外，中红外响应函数的超快时间演化证明了光学暗激子从初始明亮的人口形成。我们的研究结果提供了关键的洞察非局域屏蔽的电子-空穴相关性的影响，并打开了新的可能性的介电工程的范德华异质结构。
2018-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Tunability of Robust Exciton-Trion Polaritons in Atomically Thin WS2 Monolayers
本文通过测量和模拟不同介电屏蔽下 WS2 单层的共振反射光谱，证明鲁棒 ETP 可借由介电环境调控其振子强度与退相干，为量子多体新相研究提供途径。
2025-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Exact long-range dielectric screening and interatomic force constants in quasi-2D crystals
我们通过对库仑核的非解析性进行严格的研究，发展了二维晶体中长程静电相互作用的基本理论。我们发现，介电函数是最好的代表$2\times 2$矩阵，与非均匀的宏观势，是双组分的双曲函数的平面外坐标，$z$。我们证明了我们的论点，推导出的长程原子间力的绝热制度，在那里我们确定了以前被忽视的偶极耦合涉及面外组件的动态电荷。由此产生的公式是精确的任意多极顺序，我们在实践中说明通过明确列入动态四极杆。通过对单层BN，SnS $_2$和BaTiO $_3$膜进行数值测试，我们表明，我们的方法允许大幅改善长程静电相互作用的描述，具有可比的优势，内插声子能带结构的质量。
2021-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle band structure engineering in van der Waals heterostructures via dielectric screening
在范德华异质结构（vdWHs）中组合不同的二维（2D）晶体的想法导致了具有原子精度的能带结构工程的新范例。由于弱的层间耦合，在形成异质结构时，单个2D晶体的能带结构在很大程度上得以保留。然而，无论层间杂化的细节如何，由于周围层提供的增强的介电屏蔽，2D晶体带隙的尺寸总是减小的。这种效应可以是电子伏特的数量级，但由于准二维材料中屏蔽的非局部性质，其精确的大小是不可预测的，并且它不能被有效的单粒子方法如密度泛函理论捕获。在这里，我们提出了一个有效的和通用的方法来计算嵌入在任意vdWH的二维材料的带隙重整化。该方法根据屏蔽库仑相互作用的变化来评估2D材料的GW自能的变化。后者是使用量子静电异质结构（QEH）模型。我们基准的G $Δ$ W方法对全第一性原理GW计算，并用它来解开屏蔽诱导的能带结构重整在各种vdWHs的重要性。一个主要的结果是观察到的带隙减小的给定的2D材料的尺寸时，插入到异质结构的比例与2D材料的极化率成反比。我们的工作表明，介电工程\emph{via}范德华异质结构是一个很有前途的战略定制的能带结构的二维材料。
2017-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning Dielectric Screening for the Simulation of Excited State Properties of Molecules and Materials
分子和材料吸收光谱的准确和有效的计算对于理解和合理设计大类系统是必不可少的。求解电子-空穴对的Bethe-Salpeter方程（BSE）通常会产生吸收光谱的准确预测，但计算成本很高，特别是如果需要计算多个配置的光谱的热平均值。我们提出了一种基于机器学习的方法来评估进入吸收光谱定义的关键量：介电屏蔽。我们表明，我们的方法产生了一个模型的筛选，在第一性原理分子动力学模拟采样的多个配置之间是可转移的，因此，它导致了有限温度谱的计算效率的大幅提高。我们获得了一到两个数量级的计算增益的系统与50至500个原子，包括液体，固体，纳米结构，和固/液界面。重要的是，这里导出的介电屏蔽模型不仅可以用于BSE的解决方案中，而且还可以用于开发均相和非均相系统的时间相关密度泛函理论（TDDFT）计算的泛函。总的来说，我们的工作提供了一种将机器学习与电子结构计算相结合的策略，以加速激发态性质的第一性原理模拟。
2021-02-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Dielectric-Dependent Range-Separated Hybrid Functional Calculations for Metal Oxides
本文评估SE-RSH泛函在金属氧化物中的表现，证明其相较其他依赖介电常数的杂化泛函能更准确预测介电常数、带隙和磁矩。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the dielectric screening in WS$_2$-graphene heterostructures
本文通过外部介电屏蔽研究了二维半导体 WS$_2$ 中带隙和激子束缚能的调控，发现其随 WS$_2$-石墨烯层间距离呈倒数依赖关系，且屏蔽有效性可通过电场效应控制。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
LayerPCM: An implicit scheme for dielectric screening from layered substrates
我们提出LayerPCM，极化连续模型的扩展耦合到实时依赖于时间的密度泛函理论的有效和准确的描述分子和多层电介质基板上，他们被物理吸附的静电相互作用。前者是量子力学建模，而后者被视为可极化的连续，其特征在于其介电常数。所提出的方法是专门设计来模拟复杂的混合异质结构，与纳米工程基板，包括一堆各向异性层。LayerPCM适合描述静态体系中吸附物前沿能级的极化诱导重整化。此外，它可以可靠地应用于模拟激光诱导的超快动力学的分子，通过包含由菲涅耳反射在衬底上产生的电场。根据底层结构的复杂性，这种反射场可以呈现非平凡的形状，并深刻地影响分子中光激发的载流子的动力学。特别是，与基板的相互作用可以引起强延迟场，这导致类似于基于多脉冲的光谱的干涉效应。的实施和上述功能的鲁棒性证明了一些例子，从直观的模型到现实的系统。
2021-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Giant Quasiparticle Bandgap Modulation in Graphene Nanoribbons Supported on Weakly Interacting Surfaces
一般来说，有两个主要因素影响纳米结构中的带隙：（i）由于限制而增强的电子-电子相互作用和（ii）由于电介质屏蔽而改变的电子自能。虽然最近对石墨烯纳米带（GNR）的理论研究报道了第一种效应，但是来自周围材料（例如衬底）的介电屏蔽的效应尚未被彻底研究。使用大规模的电子结构计算的基础上的GW的方法，我们表明，当GNRs沉积在基板上，带隙得到强烈的抑制（高达1 eV），即使GNR-基板相互作用是弱的。
2013-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric function and plasmons of doped three-dimensional Luttinger semimetals
Luttinger半金属是一种三维电子系统，具有抛物带接触和有效的总自旋$J=3/2$。本文提出了具有任意载流子密度和导价有效质量不对称的反型对称Luttinger半金属的介电屏蔽的解析理论。假设一个球形近似的单粒子的Luttinger哈密顿量，我们确定解析的介电屏蔽函数的随机相位近似的任意值的波矢量和频率，后者在复平面。我们使用这个解析表达式来计算电荷扇区中集体模的色散关系和朗道阻尼（即，等离子体激元）。
2019-10-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Phonon spectral functions of photo-generated hot carrier plasmas: effects of carrier screening and plasmon-phonon coupling
研究了多组分热载流子等离子体中声子谱函数的光谱行为。电介质的极化函数的制定，使他们满足戴森方程的有效等离子体成分之间的相互作用。我们发现一个有用的总和规则，给出简单的等离子体物种之间的关系解决介电函数。考虑到极性和非极性光学声子，声学变形势，和压电库仑耦合的载波声子通道的各种声子谱函数的光谱分析。声子自能校正的影响在有限的温度范围内的随机相位近似扩展到包括动态屏蔽的影响，等离子体-声子耦合，和局部场校正的等离子体物种检查。我们提供了纤锌矿GAN中形成的光生电子-空穴等离子体的情况的数值数据。我们的研究结果表明，在多组分等离子体的介电响应和声子谱函数的等离子体物种的多样性的明确意义。
2016-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Screening in 2D: GW calculations for surfaces and thin films using the repeated-slab approach
在光电子能谱学的背景下，$GW$方法已经发展成为计算弱关联体系统及其表面激发谱的首选方法。为了采用已建立的计算方案，已开发的三维晶体，二维系统通常被视为在重复板的方法。在这项工作中，我们严格审查这种方法，并确定三个重要方面的治疗在两个维度的远程屏蔽不同的散装：（1）各向异性的宏观屏蔽（2）$\mathbf k$ -点采样平行于表面（3）周期性重复和板-板相互作用。对于典型的半导体（硅）和离子（NaCl）薄膜，我们量化点（1）到（3）的单独贡献，并从经典的介电屏蔽理论推导出稳健有效的校正方案。
2008-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric Screening and Electric Field Control of Ferromagnetism at the CaMnO$_3$/CaRuO$_3$ Interface
本文通过密度泛函计算揭示 CRO/CMO 界面的介电屏蔽如何改变载流子密度并经 DEX 增强界面铁磁性。
2023-08-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetry-dependent dielectric screening of optical phonons in monolayer graphene
本研究利用Raman光谱和定制石墨烯van der Waals异质结构，发现石墨烯光学声子对介电环境的响应取决于其对称性：近区边缘声子频率受环境影响，而区中心声子受对称性保护，为表征相关体系的介电屏蔽提供了指南。
2023-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coulomb-Engineered Heterojunctions and Dynamical Screening in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
通过介电环境操纵二维材料提供了控制电子和光学特性的新机会，并允许以非侵入性方式压印纳米结构。在这里，我们评估的潜力，单层半导体过渡金属二硫属化物（TMDC）的库仑工程在材料现实和定量的方式。我们比较不同的TMDC材料的电介质周围的修改的响应，分析动态基板屏蔽的影响，即在介电函数的频率依赖性，并讨论固有的长度尺度的库仑工程异质结。我们发现对称的和刚性的位移一样的准粒子带隙调制，瞬时和动态基板筛选。从这个，我们得到一个有效的多尺度建模的库仑工程异质结放置在空间结构的基板上的均匀单层组成的短程自能量。对于这些异质结，我们表明，几个晶格常数的长度尺度上的带隙调制是可能的渲染外部限制的基板结构比内部效应更重要。我们发现，所有的半导体TMDC同样非常适合这些外部和非侵入性的修改。
2020-10-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
