Radiative recombination of large polarons in halide perovskites
在卤化物钙钛矿中，电子（空穴）作为电子（空穴）极化子、激子、自由电子（空穴）和俘获电子（空穴）存在。六种碰撞可能导致电子和空穴的湮灭，其中三种涉及极化子。在每个碰撞过程的湮灭通道中，都有一定概率形成一个电子与空穴之间的平均距离小于临界距离的死亡对。碰撞过程的单位时间湮灭概率是湮灭通道中死亡对的形成概率与死亡对的单位时间湮灭概率的乘积。为了湮灭电子（空穴）极化子，电子（空穴）必须脱离扭曲的环境，这可以通过隧穿或热激活来实现。再现了单分子和双分子复合速率、光致发光谱的峰频率和线宽随温度的变化关系。
2018-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Investigating Polaron Formation in Anatase and Brookite TiO2 by Density Functional Theory with Hybrid-Functional and DFT + U Methods
锐钛矿和板钛矿是具有增强的光催化性能的坚固材料。在这项研究中，我们使用密度泛函理论（DFT）的混合功能和Hubbard在现场的潜力的方法来确定电子和空穴极化子的几何形状的钙钛矿和板钛矿和他们的能量。用DFT和杂化泛函方法预测了局域电子和空穴极化子在量子阱中不会形成。相比之下，板钛矿形成电子和空穴极化子。板钛矿的电子极化子溶液表现出共存的局域态和离域态，与空穴极化子主要分散在两个配位的氧离子。在4 eV到10 eV的宽范围内的Hubbard现场电位测试表明，板钛矿极化子在6 eV处形成，而极化子在8 eV处形成。在哈伯德模型下，板钛矿电子极化子总是位于单个钛离子上，而空穴极化子分散在四个氧原子上，这与混合DFT研究一致。电子极化子在较低的现场电位分散，但在较高的电位更本地化。这两种方法都预测板钛矿具有更高的驱动力，形成极化子比铌酸锂。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Calculating polaron mobility in halide perovskites
卤化铅钙钛矿半导体是柔软的极性材料。极化子形成的强驱动力（电介质电子-声子耦合）被光带有效质量平衡，导致强相互作用的大极化子。对流动性的第一原理预测将有助于理解基本的流动性限制。由于强相互作用，迁移率理论需要考虑极化子（而不是自由载流子）状态。在这种材料中，我们预计在室温下偏振光声子模式散射将占主导地位，因此限制流动性。我们通过变分求解费曼极化子模型和有限温度下的极化子自由能，计算了混合卤化物钙钛矿的极化子迁移率随温度的变化。该模型考虑了一个简化的有效质量带结构与特征响应频率的连续介质的相互作用。我们完全从电子结构计算的模型参数化。在甲基铵碘化铅中，我们预测在300 K时电子和空穴的迁移率分别为133和94 cm^2/V/s。这些都是在可接受的协议与单晶测量，表明本征极限的极化子载流子状态已经达到。讨论了热电子光激发态的抑制。除了迁移率，该模型还揭示了极化子的动态结构。这可用于解释电荷载流子状态的阻抗测量。我们提供的声子阻力质量重整化，散射时间常数。这些可以被用来作为大规模的设备模型和带结构相关的迁移率模拟的参数。
2017-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Chalcogenide Perovskites: An Emerging Class of Semiconductors for Optoelectronics
硫系钙钛矿由于其热稳定性和水稳定性、无毒性和无铅组成而在光伏研究界受到相当大的兴趣。然而，到目前为止，理论研究主要集中在激子和极化子的性质没有严格探索，由于其巨大的计算需求。本文采用混合密度泛函理论和多种体微扰方法（GW和BSE），研究了一系列硫系钙钛矿ABS $_3$（A=Ba，Ca，Sr，B=Hf，Sn）的激子和极化子效应.我们发现，这些钙钛矿具有较大的激子结合能比3D无机-有机混合卤化物钙钛矿。我们研究了电子和离子的贡献的介电屏蔽的相互作用，并得出结论，电子的贡献是占主导地位的离子的贡献。进一步利用费曼极化子模型计算了极化子参数，发现电荷分离极化子态比束缚激子态稳定性差。最后，理论计算的光谱极限最大效率（SLME）表明，在所有硫属钙钛矿中，CaSnS $_3$可以作为光伏应用的最佳选择。
2022-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Carrier Lifetimes and Polaronic Mass Enhancement in the Hybrid Halide Perovskite CH$_3$NH$_3$PbI$_3$ from Multiphonon Fröhlich Coupling
我们阐明的原型混合钙钛矿CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$使用从头计算和一个精确可解模型的电子-声子相互作用的性质。我们表明，电子和空穴附近的带边主要与三个不同的组的光振动相互作用，按重要性的顺序：拉伸的Pb-I键，弯曲的Pb-I-Pb键，和振动的有机阳离子。这些极性声子诱导超快带内载流子弛豫超过6-30 fs的时间尺度，并产生极化子有效质量比裸带质量重28%。这些发现使我们能够合理化以前的实验观察，并提供了一个关键，了解卤化物钙钛矿载体动力学。
2018-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric scattering of optical polaron in halide perovskites
对于MAPbBr $_{3}$的本征载流子，的温度$T$依赖迁移率$μ(T)$的行为类似于压电四元相的$μ\propto T^{-1/2}$，非压电立方相的$μ\propto T^{-1.4}$。但是对于其它卤化物钙钛矿ABX $_{3}$中的光生载流子，$μ\propto T^{-3/2}$行为是典型的。在ABX $_{3}$中，由于载流子与纵向光学声子的强相互作用，载流子主要以光学极化子的形式存在。ABX $_{3}$的柔软性使其在四元相中没有反转中心，这允许在低载流子浓度下的压电效应。$μ(T)$行为的变化是由于（1）极化子与声学声子的压电相互作用的波矢依赖性不同于通常的极化子-声学声子相互作用的波矢依赖性：（2）极化子与2个纵向光学声子的剩余相互作用在低温下可以忽略，但在高温下很重要;以及（3）本征载流子的浓度由温度决定，而光生载流子的浓度由光子的入射通量决定。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-phonon Coupling Controls Exciton-polaron Formation and Hot Carrier Relaxation in Rigid Dion-Jacobson Type Two-Dimensional Perovskites
本研究结合超快光谱与电子结构计算，揭示刚性Dion-Jacobson型二维钙钛矿中激子的极化子特性，发现定向配体修饰可调控激子-声子耦合等过程，为定制性能的混合半导体开发提供依据。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Supercell Calculations of Small Polarons with Proper Account for Long-Range Polarization Effects
本文提出了一种基于密度泛函理论的超原胞方法来模拟小极化子，并适当考虑了材料的长程弹性响应。我们对极化子性质的超原胞依赖性的分析（例如，原子结构、结合能和极化子能级）揭示了长程静电效应和电子-声子相互作用是两个主要贡献者。我们开发了一个DFT极化子计算的校正方案，显着降低了极化子性质的依赖DFT交换相关泛函和强电子-声子耦合的极限中的超晶胞的大小。使用我们的修正方法，我们提出了准确的全电子全势密度泛函理论的结果，小极化子在岩盐MgO和金红石TiO $_2$。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci
A variational polaron self-interaction corrected total-energy functional for charge excitations in wide-band gap insulators
我们在密度泛函理论（DFT）中对交换相关（XC）泛函的标准近似中的极化子自相互作用（pSI）误差进行了详细的研究。pSI导致极化子波函数和能量中的离域误差，如从极化子的本征电荷状态中的Kohn-Sham（KS）电势计算的。这就构成了DFT描述能带绝缘体中极化子形成的系统失败的根源。结果表明，在这些系统中的离域误差，但是，在很大程度上不存在的封闭壳层中性电荷状态的KS电位。这导致DFT总能量泛函的修改，其校正XC泛函中的pSI。所得到的pSIC-DFT方法构成了一个精确的无参数{ \it ab initio}方法，用于计算极化子在绝缘体中的性能，计算成本是数量级小于混合XC泛函。与依赖于参数化定域势的方法（如DFT+ $U$）不同，pSIC-DFT方法正确地捕获了位点和键中心极化子构型。这是通过研究碱金属卤化物中自陷空穴的形成和迁移（键心）以及钾长石化合物中自陷电子的形成和迁移（位心）来证明的。pSIC-DFT方法一致地再现了由DFT+ $G_0W_0$计算参数化的混合XC泛函所获得的结果。最后，我们推广的pSIC方法的混合泛函，并表明，在形成鲜明对比的极化子能量的传统混合计算，pSIC混合方法是不敏感的混合XC功能的参数化。在此基础上，我们进一步合理化的pSIC-DFT方法的成功。
2015-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Evidence of large polarons in photoemission band mapping of the perovskite semiconductor CsPbBr$_3$
卤化铅钙钛矿（LHP）半导体是一种新兴的光电材料，具有优异的输运特性，但尚未完全了解。通过角分辨光电子能谱学，我们发现了LHP CsPbBr $_3$的电子结构中存在大极化子形成的特征。实验的价带色散显示空穴有效质量$0.26\pm0.02\,\,m_e$，比密度泛函理论预测的裸质量$m_0 =0.17 m_e$重50%。电子-声子耦合的计算表明，声子对载流子的修饰主要是通过Pb-Br键的畸变来实现的，其耦合参数为$α=1.82$ .在Feynmann极化子模型中得到了与实验数据很好的一致性，验证了一种可行的理论方法来从头计算LHP的载流子有效质量。
2019-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Polarons in Lead-Halide Perovskites: What the Structural Evidence Does and Does Not Establish
YUHS-KRIBB Medical Convergence Research Institute, College of Medicine, Yonsei University（延世大学医学院尤赫-韩国生命科学研究院）；Pohang Accelerator Laboratory, POSTECH（浦项科技大学波汉加速器实验室）；Department of Physics, University of Seoul（首尔大学物理系）；Global Institute of Future Technology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学未来技术学院）
本文针对铅卤钙钛矿中光生载流子以大极化子运动的传统观点，结合三项新发现提出质疑，并提出需在宽激发密度范围测量晶格畸变以明确载流子行为的实验方案。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of ultrafast lattice distortions during exciton-polaron formation in lead-halide perovskite nanocrystals
铅卤化物钙钛矿中慢载流子冷却的微观起源仍有争议，并对应用有直接影响。慢载流子冷却归因于极化子形成或在高激发载流子密度（> 10 $^{18}$ cm $^{-3}$）下的热声子瓶颈效应。这些效应无法仅从光学实验中明确地解开。然而，它们可以通过直接观察超快晶格动力学来区分，因为这些效应预计会产生定性的不同指纹。为此，我们采用飞秒电子衍射和直接测量弱限制CsPbBr $_3$纳米晶体的亚皮秒晶格动力学上述间隙光激发。数据揭示了光诱导的结构畸变出现在380 fs至1200 fs之间的时间尺度上，取决于激发通量。我们将这些动力学归因于激子-极化子对晶格的影响，而在高能量密度下较慢的动力学归因于较慢的热载流子冷却，这减慢了激子-极化子种群的建立。进一步的分析和模拟表明，这种畸变与[PbBr $_3$ ] $^{-}$八面体离子笼的运动是一致的，Pb-Br键的伸长与实验数据最为吻合.我们的工作演示了亚皮秒时间尺度上的晶格动力学的直接研究如何区分竞争方案，从而揭示了铅卤化物钙钛矿中缓慢载流子冷却的起源。
2022-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Accurate and efficient band gap predictions of metal halide perovskites using the DFT-1/2 method: GW accuracy with DFT expense
金属卤化物钙钛矿的出色的光电子学和光伏特性，包括高载流子迁移率、低载流子复合率和可调谐的光谱吸收范围，归因于这些材料的独特的电子特性。虽然DFT提供了可靠的钙钛矿结构和稳定性，但它在电子结构预测方面表现不佳。相对论GW近似已被证明能够准确地捕获电子结构，但计算成本极高。本文报道了用近似准粒子DFT-1/2方法对卤化物金属钙钛矿的能带隙进行了有效而精确的计算。以AMX_3（A = CH_3 NH_3，CH_2NHCH_2，Cs; M = Pb，Sn，X=I，Br，Cl）为例，系统地研究了晶体结构（立方、四方或正交）、离子的变化（不同的A，M和X）以及相对论效应对电子结构的影响，并与实验结果进行了比较。我们的研究结果表明，DFT-1/2方法产生准确的带隙与GW方法的精度，没有更多的计算成本比标准DFT。这为复杂卤化物钙钛矿结构的精确电子结构预测和无铅材料的新材料设计提供了可能性。
2017-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Infrared optical absorption of Frohlich polaron in metal halide perovskites
金属卤化物钙钛矿材料中Frohlich极化子的形成是由于载流子与纵光学（LO）声子的耦合，这一现象被用来解释其特殊的性质，但如何有效地识别这些材料中的极化子仍然是一个挑战性的任务。本文基于Huang-Rhys模型，从理论上研究了Frohlich极化子的红外光学吸收。我们发现当入射光子的能量与多个LO声子相匹配时，会出现多声子泛音，其中极化子的平均声子数可以直接用最强泛音的阶数来计算。这些多声子结构敏感地依赖于基态电子分布的尺度和钙钛矿材料的维数，这为有效调控极化子形成和载流子冷却之间的竞争过程提供了启示。此外，最强泛音的顺序随着温度的升高而向更高的顺序移动，这为载流子迁移率受LO声子散射影响提供了潜在的证据。该模型不仅提供了验证Frohlich极化子的直接方法，而且丰富了对金属卤化物钙钛矿中极化子性质的理解。
2022-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flexible and Efficient Semi-Empirical DFTB Parameters for Electronic Structure Prediction of 3D, 2D Iodide Perovskites and Heterostructures
本文定制了DFTB参数，以低成本准确预测三维和二维碘化铅钙钛矿的带隙、有效质量及异质结构能带排列，适用于大规模系统研究。
2025-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Large Polaron Generation and Dynamics in 3D Metal-Halide Perovskites
近年来，金属卤化物钙钛矿在光电应用及其基本性质方面引起了极大的兴趣。由于软晶格的大的电子-声子耦合特性，预期自陷现象将主导混合钙钛矿光激发动力学。然而，虽然在低维钙钛矿中证明了小极化子的光生，但在技术相关的3D钙钛矿中极化子激发的性质及其对载流子传输的影响仍然难以捉摸。在这项研究中，我们使用了第一原理计算和先进的光谱技术的组合，跨越整个光学频率范围，以确定3D金属卤化物钙钛矿中的极化子特征。中红外光诱导吸收显示了与低能量的间隙内电子跃迁的寿命高达ms的时间尺度，和振动模式的频率和振幅重整化的光生态。密度泛函理论支持分配的光谱特征，大极化子导致新的内部间隙跃迁，硬化的声子模式频率，和重整化的振子强度。理论提供了定量估计的载流子的质量和迁移率增加后，极化子形成，证实了实验结果。总体而言，这项工作有助于完成的情况下，在金属卤化物钙钛矿的光激发，并强调了极化输运的钙钛矿基光电子器件的重要性。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Unveiling the Optoelectronic Potential of Vacancy-Ordered Double Perovskites: A Computational Deep Dive
本研究利用第一性原理计算分析了Rb$_{2}$BX$_{6}$空位有序双钙钛矿的电子、光学、激子和极化子特性，发现其具有高稳定性、可调带隙、强光吸收及高电子极化子迁移率，是极具潜力的光电应用候选材料。
2024-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying polaronic effects on charge-carrier scattering and mobility in lead--halide perovskites
由于载流子与晶格之间的相互作用而形成的极化子已经被提出对卤化铅钙钛矿（LHP）中的载流子动力学具有广泛的影响。许多这些提议的基础假设是，载流子通过并入极化子而被“保护”免于散射。我们通过推导极化子散射率的表达式来测试这一假设，极化子散射率由极化光学声子和声子和电离杂质组成，我们计算了LHP MAPbI $_{3}$，MAPbBr $_{3}$和CsPbI $_{3}$中的电子。然后，我们使用系综蒙特卡罗方法计算电子极化子分布函数，满足玻尔兹曼方程，将相同的三个散射机制。通过对能带电子进行类似的计算，并将其结果与极化子的结果进行比较，我们得出结论，极化子的形成对LHP中载流子散射速率和迁移率的影响有限，这与最近文献中的说法相反。
2020-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ultrafast correlated charge and lattice motion in a hybrid metal halide perovskite
杂化有机-无机卤化物钙钛矿已经显示出显著的光电性能（1-3），据信源于载流子的相关运动和形成大极化子的极性晶格（4-7）。很少有实验技术能够直接探测这些相关性，需要在吸收光子后同时获得亚meV能量和飞秒时间分辨率（8）。在这里，我们使用瞬态多太赫兹光谱，敏感的极化子内的电荷的内部运动，在时间上和能量上解决的相干耦合的电荷纵向光学声子在单晶CH 3 NH3 PbI 3（CH 3）。我们观察到室温量子拍频产生的相干位移的电荷从耦合声子云。我们的测量结果提供了明确的证据，极化子的存在，在量子阱。
2018-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Polaron Absorption in a Perovskite Manganite La0.7Ca0.3MnO3
测量了La_（0.7）Ca_（0.3）MnO_3（LCMO）样品随温度变化的光电导谱。在非常低的温度下的金属状态下，它们清楚地显示出两种类型的吸收特征，即，一个尖锐的Drude峰和一个宽的中红外吸收带，这可以解释为一个大的晶格极化子的相干和非相干带。在LCMO中的这种基本激发被发现是在一个强耦合的制度，并与自旋自由度的相互作用。
1998-04-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Computer simulations of defects in perovskite KNbO3 crystals
采用从头算LMTO方法和半经验量子化学INDO方法对部分共价钙钛矿型KNbO 3晶体中的F型中心和空穴极化子进行了超原胞计算。我们预测存在的一个网站和两个网站（分子）极化子具有接近的吸收能量（~ 1 eV）。对有关实验数据进行了讨论和解释。
1998-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Combination of Optical Transitions of Polarons with Rashba Effect in Methylammonium Lead Tri-halide Perovskites under High Magnetic Fields
研究了MAPbX $_{3}$（X = I，Br和Cl）有机-无机杂化钙钛矿单晶在高达60 T的磁场下的光致发光（PL）跃迁。在这些材料中，尖锐的自由激子跃迁峰出现在低温（4.2 K）。在强磁场作用下，三种不同卤素原子的自由激子光致发光跃迁表现出明显的差异。MAPbCl $_{3}$晶体的自由激子跃迁经历负能量位移，而MAPbBr $_{3}$晶体的自由激子跃迁显示正常的抗磁位移。为了得到Cl到Br的变化，我们尝试测量MAPbCl $_{x}$ Br $_{3-x}$的PL跃迁.对于MAPbI $_{3}$，在4.2 K时，$σ^{+}$和$σ^{-}$跃迁的跃迁能移对磁场表现出幂律依赖性。这种不一致的磁场对不同卤素的影响使得很难通过统一的模型来理解跃迁能行为。我们提出了一个可能的机制，该机制是基于强自旋-轨道耦合引起的Rashba效应和无机元素的极性性质引起的极化子效应的组合。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Charge Transport in Hybrid Halide Perovskites
电荷传输对混合卤化物钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。提出了一个基于大极化子的理论模型来解释钙钛矿中的电荷输运性质。关键的新的物理见解被纳入模型，包括acoustic声子，而不是光学声子的极化子的散射负责的解释，这些声学声子被充分激发由于“软”的钙钛矿，和温度依赖性介电函数的基础上的温度依赖性的载流子迁移率。这项工作解决了文献中的关键争议，并形成了一个起点，更严格的第一性原理预测的电荷传输。
2017-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Perspective: Exciton polarons in two-dimensional hybrid metal-halide perovskites
极化子-电子-声子耦合引起的晶格变形的电荷-是室温下大块金属-卤化物混合有机-无机钙钛矿（HOIP）中的主要光激发，激子-库仑束缚的电子-空穴对-是其二维（2D）类似物中稳定的准粒子。在这里，我们解决的基本问题：极化效应的后果，激子在2D-HIOPs？基于我们最近的工作，我们认为，极化效应表现在激子的光谱结构，这是由多个非简并共振与恒定的峰间能量间距的内在。我们强调我们自己的测量人口和退相动力学，点激子性质的极化效应的明显确定性的作用。我们认为，长程和短程激子晶格耦合的相互作用产生激子极化子，从根本上建立其有效质量和半径，因此，他们的量子动力学的字符。最后，我们强调了社区发展2D-HIOPs中激子极化子的严格描述的机会，以推进其作为凝聚相材料模型系统的基本理解，其中晶格介导的相关性对其物理性质至关重要。
2019-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Visualization of Dynamic Polaronic Strain Fields in Hybrid Lead Halide Perovskites
涉及动态纳米级畸变的激发局域化是量子力学、量子材料和分子光电子学的一个中心方面。这种扭曲的实验表征需要对实时形成点缺陷样局部结构重排敏感的技术。在这里，我们可视化的激发诱导的应变场的原型成员的卤化铅钙钛矿通过飞秒分辨率的漫x射线散射测量。这使得动量分辨声子光谱的局部扭曲的结构，并揭示了径向扩展的纳米级的弹性应变场与光激发的钙钛矿中的极化子的形成和弛豫。这种极化扭曲的大小和形状的定量估计，提供直接的见解，在这些材料中的动态结构扭曲的辩论。光学泵浦-探测反射光谱证实了这些结果，并显示了这些大的极化畸变如何瞬时修改载流子有效质量，提供了一个统一的图片的耦合结构和电子动力学的基础上的独特的光电功能的混合钙钛矿。
2020-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fine-Tuning Exciton Polaron Characteristics via Lattice Engineering in 2D Hybrid Perovskites
本研究通过考察典型2D-MHP系统中有机阳离子的作用，利用晶格工程微调激子极化子特性，为优化激子行为及减轻多体散射效应提供了可调控制手段。
2025-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Temporally-decoherent and spatially-coherent vibrations in metal halide perovskite
金属卤化物钙钛矿（MHP）具有长的载流子寿命和缺陷容限，是MHP光电子器件性能优异的主要原因。据报道，大极化子是长载流子寿命的原因。然而，大极化子形成的微观机制，包括所谓的声子熔化，仍在争论中。在这里，飞行时间（TOF）非弹性中子散射（INS）实验和第一性原理密度泛函理论（DFT）计算研究晶格振动（或声子动力学）的甲基碘化铅铵（$\rm{MAPbI_3}$），MHP的原型的例子。我们的研究结果表明，随着温度的升高，光学声子的时间相干性逐渐丧失，并在正交到四元结构的相变处消失。然而，令人惊讶的是，我们发现，空间相干性仍然保留在整个退相干过程。我们认为，时间上的退相干和空间相干的振动有助于在这种金属卤化物钙钛矿大极化子的形成。
2020-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Polaron-enhanced polariton nonlinearity in lead halide perovskites
激子-极化激元相互作用产生的强有效光学非线性效应为实现全光集成逻辑门提供了一个通用的平台。在目前大多数激子材料中，激子对热波动的鲁棒性与激子-激子相互作用的强度之间存在直接联系，使得具有最高水平的激子非线性的材料仅适用于低温温度。在这里，我们表明，强极化效应，钙钛矿材料的特点，允许克服这一限制。也就是说，我们证明了纳米结构的有机-无机卤化物钙钛矿MAPbI $_3$的非线性光学响应的创纪录的高值，实验检测为飞秒激光照射下的极化激元分支的19.7 meV蓝移。这显著高于基于传统半导体和过渡金属二硫属化物单层的样品的特征值。所观察到的强极化子增强的非线性存在的四晶和正交相的MAPbI $_3$，并保持稳定，在高温下。
2022-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrons doped in cubic perovskite SrMnO3: isotropic metal versus chainlike ordering of Jahn-Teller polarons
具有立方钙钛矿结构的电子掺杂SrMnO 3单晶作为最典型的（轨道简并）双交换体系已被系统地研究，其基态在理论上仍有争议。当Ce取代Sr，电子掺杂量仅为1-2%时，在立方晶格中，自旋发生微小倾斜的G型反铁磁金属出现在基态，在此可能形成质量较大的Jahn-Teller极化子。然而，当电子掺杂量超过4%时，这种各向同性的金属就会被晶格畸变为四方晶系的绝缘体所取代，并伴随着准一维的3z^2-r^2轨道有序化和C型反铁磁性。这种稀释极化子的自组织可能反映了合作Jahn-Teller效应的关键作用，这种效应在最初的立方系统中最有效。
2010-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Physical Properties of the Sodium-Based Cubic Fluoro-Perovskites: NaBF$_3$ (B= Ca, Mg or Zn): DFT and TDDFT Studies
本研究采用DFT（含mBJ-GGA、GGA-PBE近似及模守恒赝势）与TDDFT方法，系统探究钠基立方氟钙钛矿NaBF₃（B为Ca、Mg、Zn）的结构、电子及激发态光学性质。
2024-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Polaron-mediated metal-insulator transition and proton conduction in hydrogenated nickelate perovskites
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Beijing Normal University), Ministry of Education（教育部多尺度自旋物理重点实验室（北京师范大学））；College of Physics, Hebei Normal University（河北师范大学物理学院）；Hebei Advanced Thin Films Laboratory（河北省先进薄膜实验室）
本文通过第一性原理计算揭示氢化镍酸盐钙钛矿中极化子介导的金属-绝缘体转变机制，明确其质子传导特性，为筛选电解质材料及提升质子传导率提供理论指导。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Coherent Phonons, Localization and Slow Polaron Formation in Lead-free Gold Perovskite
本文结合超快光谱与能带计算研究溴化铯金，揭示带边电荷转移态与Au-Br声子强耦合，并在10–20 ps内形成约80 meV的局域极化子。
2024-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Predicting band gaps and band-edge positions of oxide perovskites using DFT and machine learning
局域或半局域密度近似下的密度泛函理论（DFT-LDA/GGA）已经成为固体电子结构理论中的主力，它在能量学和结构性质方面非常快速和可靠，但在预测半导体和绝缘体的带隙方面仍然非常不准确。使用第一性原理方法准确预测带隙是耗时的，需要混合泛函，准粒子GW，或量子蒙特卡罗方法。有效地校正DFT-LDA/GGA带隙并揭示这种校正中涉及的主要化学和结构因素对于在高通量计算中发现新材料是期望的。在这个方向上，我们使用DFT和机器学习技术来校正ABO 3钙钛矿氧化物的代表性子集的带隙和带边位置。依靠HSE 06混合泛函计算的结果作为带隙的目标值，我们发现这类材料的系统带隙校正为~1.5 eV，其中~1 eV来自向下移动价带，~0.5 eV来自提升导带。通过特征选择过程确定了决定带隙校正的主要化学和结构因素。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature polaron-mediated polariton nonlinearity in MAPbBr3 perovskites
支持激子-极化激元的系统代表具有由激子-激子相互作用提供的强的内置光学非线性的固态光学平台。在具有类氢激子的传统半导体中，非线性率与结合能成反比。这使得激子在室温下稳定，弱相互作用，这显然限制了相应材料的非线性光子学的实际应用的可能性。我们从实验和理论上证明，这些限制可以在混合钙钛矿，如MAPbBr 3由于介导粒子间相互作用的极化子效应的关键作用，大大软化。激子-极化子-极化激元在室温下保持稳定和强相互作用，这是由共振飞秒激光脉冲激发下的较低的极化激元分支能量的大的非线性蓝移证实。我们的研究结果打开了新的视角在环境条件下的激子极化激元非线性的管理。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Highly-Efficient Charge Separation and Polaron Delocalization in Polymer-Fullerene Bulk-Heterojunctions: A Comparative Multi-Frequency EPR & DFT Study
化石燃料的持续消耗导致了对额外的可再生能源的密集搜索。基于太阳能的技术可以提供足够的能源，以满足不久的将来全球经济的需求。光伏电池是直接利用太阳能的最有前途的人造器件。在分子水平上理解PV材料中的电荷分离和电荷传输对于提高太阳能电池的效率至关重要。在这里，我们使用光诱导EPR光谱结合DFT计算来研究电荷分离态的电子结构的聚合物（P3 HT，PCDTBT，和PTB 7）和富勒烯衍生物（C60-PCBM和C70-PCBM）的共混物。用与活性层相同的复合材料制成的太阳能电池分别显示出3.3%（P3 HT）、6.1%（PCDTBT）和7.3%（PTB 7）的功率转换效率。在这些复合材料的光照下，由于共轭聚合物和富勒烯之间的光诱导电子转移，形成了两个顺磁性物种。它们分别是聚合物骨架和富勒烯笼上的正P+和负P-极化子，对应于自由基阳离子和自由基阴离子。利用高频EPR（130 GHz）的高光谱分辨率，这些物种的EPR谱进行了解决，并指定的g-张量的主成分。光诱导脉冲ENDOR光谱允许的1H超精细耦合常数，光生的正，负极化子的测定。不同的聚合物-富勒烯复合材料获得的实验结果进行了比较与DFT计算，揭示了在所有三个系统的正极化子分布在40-60 A的聚合物链上的距离。这对应于P3 HT的约15个噻吩单元、约3个PCDTBT单元和PTB 7的约3至4个单元。没有自旋密度...
2013-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of the magnetic halide double perovskites Cs2(Ag,Na)FeCl6 from first-principles
最近，磁性卤化物双钙钛矿（HDPs）家族由于其将卤化物双钙钛矿的应用领域拓宽到例如自旋电子学中的潜力而引起关注。到目前为止，这些系统的理论建模依赖于原始近似的密度泛函理论（DFT）。在本文中，我们研究了结构，电子和磁性的铁$^{3+}$的含HDPs的Cs $_2$ AgFeCl $_6$和Cs $_2$ NaFeCl $_6$使用更先进的DFT为基础的方法相结合，包括DFT+U，混合DFT和各种磁状态的处理。我们研究了DFT+U中的有效Hubbard参数U $_{eff}$和混合DFT中的混合参数$α$对电子结构和结构性质的影响。我们的研究结果揭示了一组本地化的Fe（d）的状态，是高度敏感的这些参数。Cs $_2$ AgFeCl $_6$和Cs $_2$ NaFeCl $_6$都是反铁磁体，Neel温度远低于室温，因此在与大多数应用相关的外部条件下处于顺磁（PM）状态。因此，我们研究了无序磁性对这些系统的电子结构的影响，发现虽然Cs $_2$ NaFeCl $_6$在很大程度上不受影响，但Cs $_2$ AgFeCl $_6$显示出其电子能带结构的显著重整化。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Short small-polaron lifetime in the mixed-valence perovskite Cs$_2$Au$_2$I$_6$ from high-pressure pump-probe experiments
在高压金刚石对顶砧装置中，利用泵浦-探测光谱研究了混合价钙钛矿Cs $_2$ Au $_2$ I $_6$的超快声子响应.我们观察到在外加压力和光激发下，Au - I伸缩声子模都有明显的软化和加宽。使用双泵浦方案，我们测量到小于4 ps的单价Au $^{2+}$的电荷转移激发的寿命，这是Au $^{2+}$激发的局部特征的指示。此外，声子软化的压力和能量密度依赖性之间的强烈相似性表明，价间电荷转移在结构转变中起着重要作用。
2011-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Optical Anisotropy and Phase Matching in Non-Centrosymmetric Perovskite Oxides from DFT+U and DFT+U+V Functionals
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本研究检验DFT+U与DFT+U+V泛函预测非中心对称钙钛矿氧化物光学各向异性的准确性，发现DFT+U+V泛函可提升性能且成本低，还探究了掺杂BaTiO₃固溶体的应用潜力。
2026-08-10 cond-mat.mtrl-sci
Combining density functional theories to correctly describe the energy, lattice structure and electronic density of functional oxide perovskites
功能氧化物钙钛矿是尖端技术应用的支柱。密度泛函理论（DFT）模拟是理解和设计钙钛矿材料的理论方法。然而，由于缺乏严格的固体理论基准，对DFT描述氧化物钙钛矿基本性质的可靠性的测试很少并且大多定义不清。在这里，我们提出了一个量子Monte Carlo基准研究DFT的原型钙钛矿钛酸钡$_{3}$（BTO）。这表明，没有DFT近似可以同时再现BTO的能量，结构和电子密度。选择DFT近似的传统协议是经验性的，并且不能检测到这个缺点。结合两种不同的非经验DFT方案“SCAN”和“HSE06”的方法能够准确地整体描述BTO。因此，组合DFT方法应被视为模拟氧化物钙钛矿的标准方法的有前途的替代方案。
2020-05-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Small hole polarons in yellow phase $δ$-CsPbI$_3$
本研究通过计算发现黄色相δ-CsPbI3中存在形成能为-96 meV的小空穴极化子，该极化子稳定且具有0.3 ps寿命，可能解释了其在钙钛矿白光LED自陷发射中的作用。
2025-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Backward Mapping from Device Targets to Chemical Genomes for Interpretable Discovery of Phase-Stable Lead-Free Double Perovskites with DFT-Validated Design Rules
RAI Initiative Ltd（RAI倡议有限公司）；Bangladesh University of Textiles（孟加拉国纺织大学）；Universiti Putra Malaysia（马来西亚博特拉大学）；Institute of Science Tokyo（东京科学研究所）；University of Liege（列日大学）
本文提出了一种逆向映射框架，通过设备级目标与化学可解释的描述符家族连接，用于发现稳定的无铅双钙钛矿，主要贡献是通过DFT验证的设计规则加速无铅双钙钛矿的发现。
2026-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Design of Low Band Gap Double Perovskites from First Principles
使用密度泛函理论（DFT）为基础的计算，我们提出了一个家庭的亚稳态，尚未制成的V5+和Cr 6+双钙钛矿化合物与低带隙跨越大部分的太阳光谱的可见光区。通过分析d 0 ABO 3和A2 B1 BO 6双钙钛矿的一组相关的测量光学带隙，开发了一种特别的方法来校正DFT和多体微扰理论带隙，使它们与测量化合物的实验定量一致，并预测V 5+和Cr 6+双钙钛矿将具有约1.1-2.4 eV的带隙，比以前在这门课上学习的材料要低得多。DFT计算还确定，这些V5+和Cr 6+化合物可能能够以块状形式或作为外延薄膜合成。这些化合物将包括一类新的半导体双钙钛矿，用于太阳能转换和其他光电应用中的潜在用途。
2012-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Phonon coherences reveal the polaronic character of excitons in two-dimensional lead-halide perovskites
由于晶体的离子特性和分子部分与无机网络之间的非共价键产生的柔软性，混合有机-无机半导体具有复杂的晶格动力学特征。在这里，我们建立了这样的动态结构的复杂性，在一个原型的二维碘化铅钙钛矿引起共存的各种激子共振，每个具有不同程度的极化特征。通过高分辨率共振脉冲受激拉曼光谱，我们识别了不同激子和光生载流子沿着不同构型坐标演化的振动波包动力学。采用密度泛函理论计算，我们分配到各种低频（$\lesssim 50$ \，cm $^{-1}$）光学声子参与铅碘化层中的运动所观察到的相干振动模式。因此，我们得出结论，不同的激子诱导特定的晶格重组，这是极化子结合的签名。这种对涉及全局中性初级光激发的能量/构型景观的见解可能与更广泛的新兴混合半导体材料有关。
2019-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The inequivalent substitution on Ca site of cubic CaTiO3 perovskite for transparent conductive oxides from USPEX and DFT
通用结构预测器USPEX基于遗传进化算法，辅助探索不同浓度下Na+取代Ca 2+的最稳定结构，适用于p型透明导电氧化物应用。研究发现，NaCa的2个原子保持八面体堆积和立方相，没有氧空位的存在，但费米能级的电子损失导致进入价带，实现p型TCO的特征。而另一些则由于氧空位的补偿而保持绝缘体特性。用Al ~（3+）取代Ca ~（2+），使费米能级进入n型TCO的导带，具有四方相的对称性。计算了p型Ca_（0.75）Na_（0.25）TiO_3和n型Ca_（0.75）Al_（0.25）TiO_3的输运性质，发现p型Ca_（0.75）Na_（0.25）TiO_3由于其边缘的弯曲，迁移率更高。
2019-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-polaron spectral structures in two dimensional hybrid lead-halide perovskites
由于电子和介电约束效应，二维有机-无机杂化钙钛矿在室温下维持强束缚激子。在这里，我们证明，有不可忽略的贡献，是特定的晶格结构和极性波动，这两者都是通过有机抗衡阳离子的化学性质控制的激子相关性。我们提出了一个唯象的，但定量的框架来模拟激子吸收线型的单层有机-无机混合钙钛矿，基于二维Wannier形式主义。我们包括四个不同的激子状态分开的$35\pm5$ \，meV，和额外的振动进行。有趣的是，相关的黄-里斯因子和相关的声子能量随温度和有机阳离子的性质而变化。这表明了线形的混合性质，具有Wannier形式主义很好地描述的形式，但具有与局部振动的强耦合的特征，以及通过激子相关性感知的极化效应。我们的工作突出了这类纳米结构材料激子性质的复杂性。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Proton polarons in HxWO3 by synchrotron photoemission and DFT modelling
用X射线光电子能谱学测量氢引起的过渡金属氧化物电子结构的变化是一项具有挑战性的工作，因为光电子的起源不能明确地归属于氢。氢引起的三氧化钨电子结构的变化已经知道了100多年，但仍然是有争议的争论。争论的根源在于难以将氢化的影响与缺氧的影响分开。使用膜的方法X-射线光电子能谱学，结合可调同步辐射，我们同时测量核心水平和价带高达1000毫巴的氢压力。在氢化时，W $^{5+}$芯能级和接近费米能级的状态的强度遵循体相H $_x$ WO $_3$的压力-组成等温线而增加。结合实验数据和密度泛函理论，证实了质子极化子模型对氢致色的描述。虽然氢是费米边缘附近的电子结构变化的起源，但价带边缘现在由钨轨道而不是氧主导，这与原始氧化物的情况一样，原始氧化物具有作为（光电化学）催化剂的更广泛的应用。
2021-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Determining Exciton Binding Energy and Reduced Effective Mass in Metal Tri-Halide Perovskites from Optical and Impedance Spectroscopy Measurements
本文提出一种考虑极化效应的新方法，利用Elliott模型和Pollmann-Buttner模型从光谱测量中确定钙钛矿的激子结合能和折合有效质量，结果与实验高度一致。
2025-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Polaronic contributions to oxidation and hole conductivity in acceptor-doped BaZrO$_3$
受主掺杂的钙钛矿氧化物如BaZrO $_3$作为氢作为能量载体的可再生能源技术的材料显示出巨大的潜力，例如固体氧化物燃料电池和氢分离膜。虽然这些材料中的离子输运已经被深入研究，但电子对应物受到的关注要少得多，需要在这一领域进行进一步的探索。本文利用密度泛函理论（DFT）研究了Y掺杂BaZrO $_3$中的空穴极化子及其对空穴电导率的影响。三种不同的方法已被用来弥补自相互作用的本地和半本地交换相关泛函的错误：DFT $+U$，pSIC-DFT和混合泛函。自陷空穴被发现是积极有利的约$-$ 0.1 eV和钇的存在下，进一步稳定的结果。极化子迁移预计发生通过八面体内转移和极化子旋转过程，这是与绝热势垒约0.1 eV。然而，与极化子形成和迁移相关的相当小的能量表明，空穴在升高的温度下变得离域和带状。这些结果与吸热氧化反应一起[A. Lindman等人，Phys.Rev.B91，245114（2015）]得到的图像与空穴电导率的实验数据一致。我们在这里提出的结果提供了新的见解空穴输运受主掺杂的BaZrO $_3$和类似的材料，这将是有价值的可持续技术的未来发展。
2016-07-04 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of cubic RbGeO3 novel inorganic lead-free germanate perovskite material for optoelectronic and plasmonic applications
本文通过第一性原理DFT计算研究立方相RbGeO3锗酸盐钙钛矿，证明其具有与立方SrGeO3相似的热力学、动力学稳定性及反铁畸变不稳定性，并首次报道其光电性质，表明该材料适用于光电和等离激元应用。
2023-10-27 cond-mat.mtrl-sci
A DFT computational design and exploration of novel direct band gap silver-thallium double perovskites
由于科学界严重关切我们地球上的子孙后代能源短缺问题，研究人员已将非传统发电计划作为传统化石燃料方法的替代方案。在这种情况下，光伏和热电器件应用的创新材料需要解决当前的不稳定性和效率问题。钙钛矿在这方面非常受欢迎，特别是在太阳能电池的情况下具有25.2%的更高的功率转换效率。在本文中，我们研究了创新的小直接带隙双钙钛矿（elapsolite）Cs $_2$ AgTlX $_6$（X= Cl，Br）的结构，电子，光学和热电性能的全面讨论，使用第一性原理方法。研究中的化合物被发现稳定，高效，经济，具有诱人的光学和热电性能。可见光范围内较高的吸收峰、显著的光学电导率（~10 $^{16}$ sec $^{-1}$）和可见光范围内较低的反射百分比使得这些化合物对于太阳能电池应用具有吸引力。而塞贝克系数，电导率，品质因数（大于1）的大值，和热导率的小值表明这些化合物在热电发电机中的应用。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Coupling between small polarons and ferroelectricity in BaTiO3
本研究利用HSE06杂化密度泛函探究了BaTiO3中小极化子与铁电性的耦合，发现电子极化子稳定性随结构相变增强，而空穴极化子不受影响，且极化子自陷会改变局部畸变并产生局域自旋。
2025-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Long- and Short-Range Anion Order in SrTiO$_{3-x}$H$_x$ Perovskite Oxyhydrides: DFT+$U$ Sensitivity and HSE06 Cluster Expansion
Northwestern University（西北大学）
研究钙钛矿氢氧化物SrTiO$_{3 - x}$H$_x$中阴离子有序，开发含HSE06能量学的CE框架。发现计算能量对DFT + $U$敏感，确定代理值，支持O$_4$H$_2$顺式构型偏好，解决了相关敏感性及阴离子有序未充分探索问题。
2026-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Electron-polaron dichotomy of charge carriers in perovskite oxides
许多过渡金属氧化物（TMO）由于电子之间的强库仑排斥而成为莫特绝缘体，并且表现出金属-绝缘体转变（MIT），其机制并不总是完全理解。与大多数TMO不同，CaMnO 3中的微量掺杂诱导了金属状态，而没有任何结构转变。因此，这种材料是通过MIT探索能带形成的理想平台。在这里，我们使用角分辨光电子能谱可视化电子如何离域和耦合到声子在CaMnO 3。我们展示了费米表面的发展，其中移动电子与较重的载流子，强耦合极化子共存。后者源于电子-声子相互作用（EPI）的增强。这一发现揭示了EPI在MIT中甚至由纯电子机制引起的作用。我们发现的EPI诱导的二分法的载流子解释了Ce掺杂的CaMnO 3的传输响应，并建议从TMO工程量子物质的策略。
2020-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multi-Pulse Terahertz Spectroscopy Unveils Hot Polaron Photoconductivity Dynamics in Metal-Halide Perovskites
金属卤化物钙钛矿（MHP）中热载流子的行为为理解材料中载流子-声子耦合的细节以及高效热载流子和载流子倍增太阳能电池的未来发展提供了有价值的基础。虽然在冷却过程中的载流子种群动力学已被深入研究，热载流子性质的演变，即热载流子迁移率，仍然在很大程度上未被探索。为了解决这个问题，我们引入了一种新的超快可见泵浦-红外推-太赫兹探测光谱（PPP-THz）来监测甲基碘化铅铵中冷却载流子的实时电导率动态。我们发现，在光学沉积能量的载流子，这是典型的带传输的流动性下降。令人惊讶的是，电导率恢复动力学是不相称的带内弛豫测量通过一个类似的实验与红外探针（PPP-IR），并表现出可忽略不计的热载流子的密度的依赖性。这些结果和动力学模型揭示了高度局域化的晶格加热对热电子态迁移率的重要性。这种集体极化子晶格现象可能有助于在MHP中观察到的不寻常的量子物理学，并且应该在利用热载流子的设备中考虑。
2021-08-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
