Raman resonances mediated by excitonic polarons in BiVO$_4$
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Luxembourg Institute of Science and Technology（卢森堡科学与技术研究所）；Freie Universität Berlin（柏林自由大学）
研究通过共振拉曼效应探测BiVO$_4$中的激子极子，发现两个共振峰，揭示了激子极子与声子耦合的特性，验证了共振拉曼光谱在氧化物材料中研究准粒子的有效性。
2026-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Many-body \textit{ab initio} study of quasiparticles, optical excitations, and excitonic properties in LiZnAs and ScAgC for photovoltaic applications
School of Mechanical and Materials Engineering, Indian Institute of Technology Mandi（印度曼迪理工学院机械与材料工程学院）
研究LiZnAs和ScAgC的准粒子带结构、光学和激子性质，揭示其直接带隙半导体特性及高折射率和吸收系数，指出激子特性对光伏应用的重要性。
2026-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle energies and excitonic effects of α-RuCl3
本文利用第一性原理多体微扰理论计算了α-RuCl3的准粒子带隙和激子能量，并发现单层锯齿形反铁磁相与铁磁相的光学响应各向异性差异可用于识别近简并磁态。
2025-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Band Gaps, Excitonic Effects, and Anisotropic Optical Properties of Monolayer Distorted 1-T Diamond-chain Structures
我们报告了多体微扰理论计算的激发态性质的扭曲1-T金刚石链单层的二硫化物（ReS 2）和二硒化物（ReSe 2）。电子自能大大提高了它们的准粒子带隙，令人惊讶的是，单层ReSe 2转换为直接带隙半导体，这是，然而，被认为是一个间接的密度泛函理论计算。它们的光学吸收光谱由强束缚激子决定。与六方结构不同，畸变的1-T ReS 2的最低能量亮激子表现出完美的8字形偏振依赖性，而ReSe 2的最低能量亮激子仅表现出部分偏振依赖性，这是由于两个近简并的亮激子的偏振偏好不一致。我们的第一性原理计算与实验一致，为光电应用铺平了道路。
2015-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quasiparticle band structure and excitonic optical response in V2O5 bulk and monolayer
本研究使用全电子准粒子自洽GW方法和Bethe-Salpeter方程计算了V2O5的能带结构和光学响应，发现其具有大结合能的电荷转移激子，并揭示了单层准粒子带隙增加而光学带隙相对独立于层间距的机制。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Quasiparticle Electronic Structure and Excitonic Properties of CdSe Nanoclusters
Institute for Condensed Matter Physics；Institute of Physical Chemistry, Friedrich-Schiller-Universit\"at Jena, 07743 Jena, Germany
本研究通过GW/BSE方法探究不同尺寸CdSe纳米团簇的准粒子与激子性质，验证了第一性原理衍生的紧束缚模型，揭示光谱蓝移的成因，为半导体纳米结构光学预测提供多尺度路线图。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Giant excitonic absorption and emission in two-dimensional group-III nitrides
本文用从头算方法系统地研究了BN、AlN、GAN和InN等类橄榄石半导体单层膜的吸收和发射。计算了考虑准粒子效应和激子效应的面内和离面光偏振态的吸收谱。根据能带结构讨论了吸收边和激子束缚随阳离子变化的化学趋势。激子结合能和局域化半径内的Keldysh模型的激子在二维解释。强激子效应是由于低维、限制效应和减少屏蔽的相互作用。我们发现激子辐射寿命范围从十分之几皮秒（BN）到十分之几纳秒（InN）在室温下，从而使二维氮化物，特别是InN，有前途的材料，用于发光二极管和高性能太阳能电池。
2019-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-Driven Renormalization of Quasiparticle Band Structure in Monolayer MoS2
光学激发作为一种强有力的方法来控制层状范德华材料的电子结构，通过多体屏蔽效应，由光激发的自由载流子诱导，或通过光驱动的相干性，如光学斯塔克和布洛赫-西格特效应。虽然理论工作也指出了一种通过束缚电子-空穴对（激子）中的激子相关性使能带结构重整化的奇特机制，但这种激子驱动的能带重整化及其全部意义的实验观察仍然缺乏，这主要是由于光学探针的限制和屏蔽效应的影响。在这里，通过使用极紫外时间分辨角分辨光电子能谱与激子多体理论计算一起，我们直接揭开了单层半导体中激子关联驱动的能带重整化效应。我们发现了一个令人惊讶的带隙开放，增加了40毫电子伏，并同时增强带的有效质量。我们的研究结果揭示了光激发半导体材料中带工程的新颖激子驱动机制，开辟了一个新的操场，通过光学控制激子多体关联来操纵层状量子材料中的瞬态能态。
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unravelling the coupling between excitonic quasiparticles-electron-phonon and role of interlayer coupling in vertically and horizontally aligned layered MoS2
激子准粒子、激子/三激子/双激子以及它们与声子和载流子的耦合在控制原子级薄的半导体2D材料的光学性质方面起着至关重要的作用。在这项工作中，我们解开激子/trions的动力学和它们的耦合与声子和载流子在几层垂直和水平排列的二硫化钼。我们观察到的trion签名的最高记录温度（330 K）在这两个系统中，并已表明，激子/trion的动力学和它们的耦合与声子和电子的垂直对齐的二硫化钼更受影响。随着温度的升高，观察到均匀的线宽展宽。在低温区（<100 K），谱线宽度的展宽主要是由声子引起的。相反，在高温下观察到声学和纵向光学声子对线宽展宽的贡献。通过对温度依赖的价带分裂和三价电子结合能的研究，我们也观察到了层间耦合在两个体系中的显著作用。垂直取向和水平取向的MoS 2的价带分裂随温度的升高分别降低了22%和12%，表明垂直取向对价带分裂的影响大于水平取向.此外，我们还注意到由于三电子的结合能小，三电子带的强度比激子带的强度有明显的热猝灭。
2021-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Huge excitonic effects in layered hexagonal boron nitride
用全电子GW近似计算了块状六方氮化硼的准粒子能带结构，结果表明该化合物是一种间接带隙半导体。用电子-空穴双粒子格林函数的Bethe-Salpeter方程的解计算了它的光谱，结果与已有的实验数据符合得很好。对带隙内的激子结构进行了详细的分析，发现激子属于Frenkel类，并被紧紧地限制在层内。计算的激子结合能比Watanabe { \it et al}使用Wannier模型解释他们的实验结果并假设h-BN是直接带隙半导体得到的激子结合能大得多。
2005-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Energies and Excitonic Effects of Chromium Trichloride: from Two Dimensions to Bulk
层状范德华（vdW）磁性材料迄今为止吸引了显著的研究兴趣。在这项工作中，我们采用第一性原理多体微扰理论计算的原型VDW磁体，铬铬（CrCl 3），覆盖单层，双层，散装结构的激发态性质。不像通常的非磁性VDW半导体，其中多电子相互作用和激发态是敏感的维度，多电子相互作用总是增强和主导的准粒子能量和光学响应的二维和散装氯化铬。电子-空穴（e-h）结合能在单层中可达3eV，并且在体中保持高达2 eV。由于自能修正与电子-氢结合能之间的相互抵消效应，最低能级激子（光学带隙）几乎不受维数变化的影响。此外，对于具有相似电子-氢结合能的激子，它们的偶极振子强度可以相差几个数量级，我们的分析表明，这种巨大的差异是由于复杂激子波函数与带间跃迁之间的独特干涉效应。最后，我们发现层间堆积顺序和磁耦合几乎不改变CrCl 3的准粒子带隙和光学吸收光谱。我们计算的低能激子峰位与现有的测量结果一致。这些发现提供了深入了解的多电子相互作用和磁序和光学激发之间的相互作用在VDW磁性材料。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quasiparticle phono-conversion: filming carriers coalescing into excitons
Università di Roma Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；INFN, Sezione di Roma Tor Vergata（意大利国家核物理研究所罗马托尔维加塔分部）；Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）；University of Gdansk（格但斯克大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）
本研究结合超快光电子能谱与第一性原理激子布洛赫方程，揭示了单层WSe₂中自由载流子聚合成激子的声子起源机制，为光学材料与器件设计提供了方向。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Exciton dynamics and high-temperature excitonic superfluidity in S-doped graphyne
São Paulo State University (UNESP)（圣保罗州立大学）；University of Brasília（巴西利亚大学）；University of Rome Tor Vergata（罗马第二大学）；Universidad Privada del Norte（北方私立大学）
研究S掺杂graphyne的激子动力学及高温超流性，通过G₀W₀近似和BSE方程分析电子结构和光学响应，发现激子结合能及超流相变温度。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Electron linewidths of wide--gap insulators: excitonic effects in LiF
本文基于新近发展起来的含时密度泛函理论中的交换相关核，导出了三点顶点函数的一个实用的一般表达式。我们发现，激子效应在LiF强烈修改的低能量电子线宽导致线性标度与准粒子能量。我们还证明，在对比以前的结果，电子气，简单的金属和半导体，顶点修正的自能和屏蔽功能不相互补偿。
2004-07-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Excitonic Effects on the Optical Response of Graphene and Bilayer Graphene
我们提出了第一性原理计算的多电子效应的光学响应的石墨烯，双层石墨烯，石墨采用GW-Bethe Salpeter方程的方法。我们发现，共振激子形成在这些二维半金属。共振激子引起的4.5 eV附近的吸收光谱中的一个突出的峰与不同的线的形状和显着的红移峰位置从一个独立的准粒子图片中所产生的带间跃迁的吸收峰。在红外区，我们计算出的每层石墨烯的吸光度近似为常数，2.4%，与最近的实验一致;由于能带结构效应，双层石墨烯具有额外的低频特征。
2009-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic effects in third harmonic generation: the case of carbon nanotubes and nanoribbons
低维纳米结构的线性和非线性光学性质已经引起了科学界的极大兴趣，作为探测电子的强约束的工具，并在光电子器件中可能的应用。特别地，已经表明碳纳米管[Science 308，838（2005）]和石墨烯纳米带[Nat. Comm. 5，4253（2014）]的线性光学响应由束缚的电子-空穴对（激子）支配。激子在线性响应中的作用已经得到了广泛的研究，但对激子对非线性极化率的影响却知之甚少。使用最近开发的方法[Phys.Rev.B88，235113（2013）]，其基于完善的从头算多体微扰理论方法，我们发现准粒子位移和激子效应显著地改变了碳纳米管和石墨烯纳米带中的三次谐波产生。对于这两个系统的多体效应的净效应是减少在独立的粒子光谱中的主峰的强度和重新分配几个激子共振之间的光谱权重。
2017-02-08 cond-mat.mtrl-sci
First-principles optical response of shock-compressed LiF: Quasiparticle, excitonic, and ionic-temperature effects
Joint Institute for High Temperatures（高温度联合研究所）
该研究采用DFT+G₀W₀+BSE结合QMD的方法，揭示了冲击压缩下LiF的光学响应受准粒子、激子和离子温度效应的影响，其折射率与实验数据吻合度优于早期第一性原理计算，且在高压下未出现带隙闭合金属化的情况。
2026-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Effect of spin-orbit interaction on the excitonic effects in single-layer, double-layer, and bulk MoS2
我们提出了收敛的从头计算的光学吸收光谱的单层，双层，和散装的MoS $_2$。准粒子能量计算（在GW近似的水平上）和吸收光谱的计算（在Bethe-Salpeter方程的水平上）都明确地包括自旋轨道耦合，使用完整的自旋Kohn-Sham波函数作为输入。在没有激子效应的情况下，吸收光谱将具有阶跃函数的形式，对应于二维抛物带色散的联合态密度。这种配置文件是由一个明显的约束激子峰以下的连续开始变形。在单层的情况下，峰被自旋-轨道相互作用分裂，在双层和体MoS $_2$的情况下，（主要）被层间相互作用分裂。因此，在这三种情况下产生的吸收光谱非常相似，但光谱的解释不同。在光谱中的差异可以看到约3 eV的单，双电层的光谱是由一个强束缚激子为主。
2013-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Efficient nonequilibrium electron dynamics from first-principles: leveraging Koopmans spectral functionals and Wannier localization
Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
该研究提出一种结合库普曼斯兼容泛函与万尼尔基实时演化的从头算方法，可高效模拟超出线性区域的非平衡电子动力学，能准确探测非线性光学光谱中的激子效应，为研究固体超快强场现象提供高效途径。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci
High-energy excitonic effects in graphite and graphene
采用从头计算方法对石墨、石墨烯和石墨烯双层膜的光吸收进行了研究。电子-空穴相互作用包括在GW准粒子电子结构之上求解Bethe-Salpeter方程。对于所有三个系统，我们观察到强激子效应在高能量，远远超出连续的π-> π* 跃迁。在石墨中，这些影响σ-> σ* 转变的开始。在石墨烯中，我们预测在8.3 eV的激子共振所产生的背景连续的偶极禁戒跃迁。在石墨烯双层中，共振移动到9.6eV。我们对石墨的计算结果与实验符合得很好。
2010-09-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Attosecond time-domain measurement of core-excitonic decay in magnesium oxide
用极紫外脉冲激发离子固体产生局部核心激子，其在某些情况下强烈耦合到晶格。在这里，核心激子状态的氧化镁研究在时域中的Mg $\text{L}_{2,3}$边缘的阿秒瞬态反射光谱。阿秒脉冲触发这些短寿命准粒子的激发，其衰变受到时间延迟的近红外光脉冲的扰动。结合一个少态理论模型，这表明，光脉冲移动明亮的核心激子态的能量，以及诱导的功能所产生的暗核心激子。我们报告的前两个核心激子的相干寿命的$2.3 \pm 0.2$和$1.6 \pm 0.5$飞秒，并表明，这些短的寿命主要是强激子-声子耦合的结果，揭示了在这个超快弛豫过程中的结构效应的巨大影响。
2019-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Fractional Dimensional Approach to Dielectric Tuning Effects on Excitonic Parameters in 2D semiconductor materials
本文提出分数维方法，用于在变化介电环境中快速准确计算二维半导体WS₂单层的激子结合能与准粒子带隙，并通过调谐介电常数实现显著能量调控，验证了方法的普适性与高效性。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical response and band structure of LiCoO2 including electron-hole interaction effects
在不同的近似水平下研究了LiCoO $_2$的光学响应函数和能带结构，从广义梯度近似（GGA）中的密度泛函理论（DFT）到准粒子自洽QS $GW$（$G$为格林函数，$W$为屏蔽库仑相互作用），没有和有梯形图（QS $G\hat W$）和Bethe Salpeter方程（BSE）方法。QS $GW$方法被发现强烈高估的带隙和电子空穴或激子的影响被发现是重要的。它们使准粒子能隙仅减小11%，但吸收的最低能量峰是激子的。分析了不同带间跃迁的贡献以及激子与带间跃迁的关系。激子被发现是强烈本地化。实验数据的比较。
2021-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle effects and strong excitonic features in exfoliable 1D semiconducting materials
Università di Roma Tor Vergata（罗马托尔维加塔大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Università Roma Tre（罗马第三大学）；Università degli studi di Milano Bicocca（米兰比可卡大学）；Paul Scherrer Institut (PSI)（保罗谢尔研究所）
本研究通过第一性原理方法（DFT、DFPT、GW和BSE）研究了四种可剥离一维硫族链材料，发现其具有1-3 eV的强激子结合能和从红外到紫外的宽光学带隙，适用于室温激子及宽带光电子应用。
2025-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic contributions to dark matter-electron scattering
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Max Planck Institute for Physics（马克斯·普朗克物理研究所）；Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften（奥地利科学院高能物理研究所）；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；CNRS & Université de Grenoble Alpes, Institut Néel（法国国家科学研究中心与格勒诺布尔阿尔卑斯大学，尼尔研究所）
研究通过比较不同近似方法，发现NaI中的激子效应显著提高暗物质-电子散射截面灵敏度，而GaAs则影响较小。
2025-07-18 cond-mat.mtrl-sci hep-ph
Non-equilibrium BN-ZnO: Optical properties and excitonic effects from first principles
氧化锌（ZnO）的非平衡氮化硼（BN）相已被报道用于薄膜和纳米结构，然而，由于持续的争议，阻止了其原子坐标的实验结果和第一原理结果的协调，因此其性质并没有得到很好的理解。我们使用第一性原理理论光谱学来精确计算电子和光学性质，包括单准粒子和激子效应：使用密度泛函理论，混合泛函和$GW$近似计算能带结构和态密度。通过求解光学偏振函数的Bethe-Salpeter方程，计算了精确的光学吸收谱和激子结合能。使用这些数据，我们表明，BN-ZnO和纤锌矿（WZ）ZnO之间的带隙差异同意非常好的实验时，使用的理论晶格几何形状，但显着不同意的实验原子坐标。我们还表明，BN-ZnO的光学各向异性显着不同的WZ-ZnO，允许光学区分这两种多晶型。通过使用传输矩阵法求解由这两种多晶型物组成的薄膜的麦克斯韦方程组，我们说明，这开辟了一条有前途的路线，用于调谐光学性质。
2017-12-19 cond-mat.mtrl-sci
GW quasiparticle band gap of the hybrid organic-inorganic perovskite CH$_3$NH$_3$PbI$_3$: Effect of spin-orbit interaction, semicore electrons, and self-consistency
采用基于$GW$近似的多体微扰理论，研究了有机-无机混合钙钛矿卤化铅CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$的准粒子带隙.我们对相对论自旋轨道效应的带隙敏感性、半核Pb-5 $d$和I-4 $d$电子的描述以及起始Kohn-Sham本征值进行了系统分析。我们发现，半核心状态的列入增加了0.2 eV的计算的带隙，和自洽准粒子本征值，使用一个修正的$G_0W_0$的结果增加了0.4 eV的带隙。这些发现使我们能够解决先前报告的CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$的$GW$计算之间的不一致性。我们最准确的带隙是1.65 eV，并在考虑一个小的激子位移后，在实验中确定的测量的光学间隙是在良好的协议。
2014-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic effects in the optical properties of SiC sheet and nanotubes
采用从头算多体方法，分别采用GW方法和GW +BSE方法，研究了锯齿形和扶手椅形单壁SiC纳米管（SiC-NTs）以及SiC单晶片的准粒子能带结构和光学性质.通过局域密度近似（LDA）计算，发现GW准粒子对Kohn-Sham带隙的修正大于1.0eV，GW自能修正使SiC片从间接LDA带隙转变为直接带隙。此外，具有不同手性的SiC-NTs的准粒子带隙作为管径的函数表现得非常不同，这可以归因于不同手性纳米管之间的曲率诱导轨道再杂化的差异。计算的光学吸收光谱主要由离散激子峰，由于激子状态与大的结合能高达2.0 eV的SiC片和SiC-NTs。强束缚激子的形成归因于这些低维系统中增强的电子-空穴相互作用。值得注意的是，激子波函数的激发电子振幅被发现在Z字形SiC-NT中的空穴位置（其在C位点上）附近的Si原子上达到峰值，表明通过光激发从阴离子（空穴）到其邻近阳离子的电荷转移。相反，这种明显的峰结构消失在扶手椅型SiC-NTs的激子波函数。此外，在扶手椅型SiC-NTs中，束缚激子波函数更局域化，并且也具有强的圆柱非对称性。
2011-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Agentic multi-fidelity learning of quasiparticle and excitonic properties
Theoretical Division, Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室理论部）；Center for Integrated Nanotechnologies, Materials Physics and Applications Division, Los Alamos National Laboratory（集成纳米技术中心，材料物理与应用部，洛斯阿拉莫斯国家实验室）
提出智能引导的多保真框架，通过置信度加权和少量高精度参考点，结合机器学习校正GW-BSE计算中的数值不稳定性，准确预测应变MoS2-WS2双层中的准粒子带隙和激子结合能。
2026-06-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cs.AI
Excitonic circular dichroism in boron-nitrogen clusters decorated graphene
本研究基于第一性原理计算提出硼氮团簇掺杂石墨烯体系，利用对称性破缺实现高效能谷极化，证实其可产生圆二色性能谷霍尔效应，且激子量子比特可用于信息处理。
2024-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle and Optical Properties of Rutile and Anatase TiO$_{2}$
用多体微扰理论计算了TiO $_{2}$的准粒子激发能和金红石型和金红石型结构的光学性质。计算进行冻结晶格，电子-声子耦合没有明确考虑。在GW方法中，几种近似进行了比较，发现列入的全频率依赖性以及明确的治疗Ti半核心状态是必不可少的准粒子能带隙的准确计算。计算的准粒子能量与现有的光电发射和逆光电发射实验符合得很好。GW计算的结果，连同计算出的静态屏蔽库仑相互作用，被用于Bethe-Salpeter方程计算金红石和金红石结构的介电函数$ε_{2}(ω)$。结果与实验观察结果吻合良好，特别是在4 eV附近的主要吸收特征的开始。为了与解决金红石中单个激子跃迁的低温光吸收测量进行比较，仅用电子屏蔽计算低位离散激子能级。在金红石的能隙中发现的最低能量激子具有0.13 eV的结合能。与实验一致，它是不允许的偶极，但计算的激子能量超过吸收实验中测量的约0.22 eV和激子结合能的尺度也太大。计算了非极性（110）面金红石的准粒子能量排列。在GW近似下，价带最大值低于真空能级7.8 eV，显示出与密度泛函理论结果的小偏移。
2010-06-21 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quasiparticle energies for large molecules: a tight-binding GW approach
本文提出了一种基于紧束缚的GW方法来计算受限系统（如分子）中的准粒子能级。GW形式主义中的关键量，如微观介电函数或屏蔽库仑相互作用，都用球平均原子轨道的最小基来表示。所有必要的积分要么预先计算或近似，而不诉诸经验数据。对苯和蒽的第一性原理结果，其中发现良好的协议接近前线轨道的水平的方法进行了验证。此外，准粒子间隙的大小依赖性的聚并苯（$C_{4n+2}H_{2n+4}$）的构象进行了研究，直到n = 30。
2004-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle band structures and optical properties of strained monolayer MoS2 and WS2
采用更精确的多体微扰\emph{GW}理论和最大局域Wannier函数（MLWFs）方法，研究了无应变和应变单层MoS $_{2}$的准粒子（QP）能带结构.在部分自洽的\emph{GW$_{0}$}（sc \emph{GW$_{0}$}）计算的基础上，通过求解包含激子效应的Bethe-Salpeter方程（BSE），得到了与实验符合较好的光学带隙.随着应变的增加，激子结合能几乎不变，而光学带隙显著减小。对单层WS $_{2}$进行了sc \emph{GW$_{0}$}和BSE计算，预测了类似的特性，并且WS $_{2}$在相同应变下具有Mo（S，Se）和W（S，Se）单层中最轻的有效质量.我们的研究结果还表明，电子的有效质量随着拉伸应变的增加而减少，从而导致载流子迁移率的增强。目前的计算结果表明，一个可行的路线来调整单层过渡金属二硫属化物（TMD）的电子性能，在高性能电子器件中的潜在应用的应变工程。
2013-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Quasi-particle spectra, absorption spectra, and excitonic properties of sodium iodide and strontium iodide from many-body perturbation theory
我们调查的基本量子力学过程背后的非比例响应的入射辐射负责降低分辨率。为此，我们进行了比较准粒子光谱的基础上的$G_0W_0$近似以及吸收光谱和激子的性质，通过求解Bethe-Salpeter方程的两个重要的系统，NaI和SrI $_2$的第一性原理研究。前者是一种标准的闪烁体材料，具有充分记录的非比例性，而后者最近被发现表现出非常成比例的响应。我们预测的带隙为5.5和5.2 eV的碘化钠和锶$_2$，分别与实验吻合良好。此外，我们得到的基态激子的结合能为216 meV的NaI和195 $\pm$ 25 meV的SrI $_2$。我们通过一个粗粒度的电子-空穴对-关联函数分析了激子各向异性的程度和空间范围。因此，它表明，激子在NaI强烈不同于那些在SrI $_2$在结构和对称性方面，即使它们的结合能是相似的。此外，我们发现，非常意外的空间范围的高度各向异性的低能量激子在SrI $_2$实际上超过了那些在碘化钠的一个因素的两个到三个方面的电子-空穴对的关联函数的半峰全宽。
2013-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Phase-Dependent Excitonic Light Harvesting and Photovoltaic Limits in Monolayer Y2TeO2 MOenes
University of Brasília（巴西利亚大学）；São Paulo State University (UNESP)（圣保罗州立大学）；State University of Campinas（坎皮纳斯州立大学）；NMAM Institute of Technology (NMAMIT)（NMAM理工学院）
研究单层Y₂TeO₂ MOenes的相依赖光合作用与光伏极限，揭示其直接间隙和强激子效应，为低维氧化物系统中的多体物理研究提供平台。
2026-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mixed excitonic nature in water-oxidized BiVO$_4$ surfaces with defects
本研究利用密度泛函理论和多体微扰理论，探讨了氧空位对BiVO$_4$表面水氧化电子与光学性质的影响，发现缺陷诱导的混合激子性质能改善电子传输并减少缺陷捕获。
2022-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Signature of excitonic insulators in phosphorene nanoribbons
本研究利用第一性原理计算和MLWF-TB及BSE方法，研究了磷烯纳米带的准粒子效应，发现部分纳米带表现出自旋三重态激子绝缘体行为，为理解准一维磷基材料提供了重要进展。
2024-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Substrate Effect on Excitonic Shift and Radiative Lifetime of Two-Dimensional Materials
衬底对二维材料的光电性能有很大的影响，二维材料已经成为奇异物理现象和突出应用的有前途的平台。为了可靠地解释实验结果并预测2D界面的这种效应，精确描述电子相关性和电子-空穴相互作用的理论方法是必要的，如第一性原理多体微扰理论。在我们以前的工作[Phys. Rev. B 102，205113（2020）]中，我们开发了倒易空间线性插值方法，该方法可以在GW近似水平上考虑衬底屏蔽对任意晶格失配界面的影响。在这项工作中，我们应用这种方法来研究衬底效应对激子激发和复合的二维材料通过求解Bethe-Salpeter方程。我们预测的非刚性位移的1 s和2s激子峰由于基板屏蔽，在极好的协议与实验。通过二维氢模型和准粒子带隙与激子结合能的线性关系，揭示了其物理机制。最后，我们计算了不同衬底的单层六方氮化硼在零温和室温下的激子辐射寿命，以及WS 2的激子辐射寿命，与实验寿命吻合得很好。我们的工作回答了二维界面激子性质的衬底效应的重要问题。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optically discriminating carrier-induced quasiparticle band gap and exciton energy renormalization in monolayer MoS2
单层二硫化钼中的光电激发体现从电可调，库仑自由载流子和激子多体现象的层次。然而，由于相互竞争的光电效应和相互依赖的性质之间的复杂平衡，研究这些现象背后的基本相互作用（对于多体物理探索和器件应用都至关重要）带来了挑战。在这里，光学检测绑定和自由载流子的光激发被用来直接量化载流子引起的准粒子带隙和激子结合能的变化。结果明确解开的竞争效应，并突出长期的理论预测的大载流子诱导的带隙和激子重整化的二维半导体。
2017-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Engineering Excitons through Polymorphism and Dimensional Confinement in Low-Dimensional Tellurium
Federal University of Goi\'as, Institute of Physics, Campus Samambaia, 74960600 Goi\ ania, Brazil；Institute of Physics, Computational Materials Laboratory, University of Bras \' i lia, Bras \' i lia, 70910-900, Brazil
本文通过GW+BSE方法，研究低维碲的激子特性，发现不同维度、多形相的碲具有不同激子行为，揭示强电子-空穴关联可与非平凡带拓扑兼容，为调控激子提供了新途径。
2026-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic effects in two-dimensional TiSe$_2$ from hybrid density functional theory
过渡金属二硫属化合物（TMD），无论是体相还是单层相，都具有丰富的电荷密度波（CDW）相和较强的周期性晶格畸变。虽然嵌套的实际作用一直在争论中，但很好地理解，负责CDW的微观相互作用是电子-声子耦合。然而，TiSe $_2$的情况在这个家族中是独特的，因为高于临界温度$T_\mathrm{CDW}$的正常状态的特征在于通过ARPES测量的小准粒子带隙，使得不存在嵌套衍生的磁化率增强。因此，有人认为这种CDW的机制应该是不同的，这种材料实现了Walter Kohn提出的激子绝缘体相。另一方面，也有人提出，整个相图可以解释一个足够强的电子-声子耦合。在这项工作中，为了估计这种材料是如何接近纯激子绝缘体不稳定性，我们量化的电子-空穴相互作用的强度计算激子能带结构的混合密度泛函理论的水平上，专注于单层。我们发现，在一定的参数范围内的间接间隙在$q_{\mathrm{CDW}}$显着减少激子效应。我们讨论的后果，这些结果的辩论负责这CDW的物理机制。基于计算的激子结合能作为混合DFT的混合参数的函数的依赖性，我们推测纯激子绝缘体的必要条件是其非相互作用的电子结构是金属的。
2018-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Many-body effects on the quasiparticle band structure and optical response of single-layer penta-NiN$_2$
该研究利用 DFT、多体微扰理论和 $GW$ 计算揭示单层 penta-NiN$_2$ 约 1 eV 准粒子带隙、超高空穴迁移率、反常温度依赖及共振激子。
2023-12-11 cond-mat.mtrl-sci
First principles many-body calculations of electronic structure and optical properties of SiC nanoribbons
采用第一性原理多体方法计算了SiC纳米带的能带结构和光学响应。多体效应被纳入使用GW近似，和激子效应被包括使用Bethe-Salpeter方程。研究了未钝化和氢钝化的扶手椅型SiC纳米带。作为低维的结果，大准粒子修正被视为科恩-沙姆能隙。在这两种情况下，准粒子带隙增加了高达2 eV，相比，他们的科恩-沙姆能量值。电子-空穴相互作用的引入显著地改变了吸收光谱，在这些体系中产生了强束缚激子峰，结果表明氢钝化的扶手椅型SiC纳米带具有应用于工作在紫外-可见光谱区的光电子器件的潜力.我们还计算了这些纳米带的形成能作为其宽度的函数，并得出结论，氢饱和的带状物将更稳定相比，裸露的。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Broadband pump-probe study of biexcitons in chemically exfoliated layered WS$_{2}$
层状过渡金属二硫属化物（TMD）中强的光-物质相互作用为新颖的激子基器件开辟了生动的可能性。TMD的光学性质主要由紧密束缚的激子和更复杂的准粒子双激子控制。这些2D晶体的溶剂介导的化学剥离而不是物理剥离的单层，是一种具有成本效益的大规模生产方法，适用于实际设备应用。我们在室温下利用宽带飞秒泵浦-探测光谱研究了WS $_{2}$色散中的超快激子过程。我们检测到的双激子实验和计算它们的结合能，在很好的协议与早期的理论预测。利用多体物理，我们表明，激子的行为像Weiner-Mott激子和解释激子的起源通过第一性原理计算。我们详细的时间分辨研究提供了WS $_{2}$中激子和双激子的超快辐射和非辐射寿命。事实上，我们的研究结果表明，激子准粒子控制的TMD为基础的设备在室温下工作的潜力。
2018-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable Magneto-Excitonic Coupling in Alloyed van der Waals Antiferromagnet
Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；University of Warsaw（华沙大学）；Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses（强磁场国家实验室）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Université Toulouse（图卢兹大学）；King’s College London（伦敦国王学院）
研究在范德华反铁磁体CrSBr中掺入氯对磁光相互作用的影响，结合磁光光谱与GW计算，发现Cl插入使激子波函数局域化，降低磁场诱导的能量重整化，确立成分合金化可调控范德华磁半导体磁光性质耦合。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant excitonic effects in bulk vacancy-ordered double perovskites
本研究通过第一性原理GW-BSE计算发现空位有序双钙钛矿Cs2MX6中具有约1 eV的巨大激子结合能，归因于弱介电屏蔽和近平坦电子带，并阐明自旋-轨道耦合对激子红移的关键作用。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Excitons in few-layer hexagonal boron nitride: Davydov splitting and surface localization
六方氮化硼（hBN）因其强激子效应而受到人们的广泛关注。考虑到少层系统，我们从理论上研究了层数对准粒子能量，吸收光谱和激子态的影响，特别关注最低束缚激子的Davydov分裂。我们描述了层间相互作用以及作为层数$N$的函数的电子屏蔽的变化如何影响电子和光学性质。使用两个\textit{ab initio}模拟和紧束缚模型的有效哈密顿描述的激子，我们详细描述的激子波函数的对称性和选择规则，他们耦合到入射光。我们发现，对于$N > 2$，人们可以区分表面激子，主要是本地化的外层和内部激子，导致分裂激子状态之间的能量分离的不对称性。特别是，束缚表面激子的能量低于其内部对应物。此外，这使我们能够显示层厚度如何影响吸收光谱的形状。
2018-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Second-Order Nonlinear Optics in Solids: Second-Harmonic Generation Spectroscopy from Time-Dependent Density-Functional Theory
我们详细介绍了从头计算理论的制定，我们已经开发的宏观二阶极化率$χ^{(2)}$的计算。我们发现一个一般表达式$χ^{(2)}$适用于任何领域，包含从头算之间的关系的\textit{microscopic}和\textit{macroscopic}制定的二阶响应。我们考虑了长波长极限，并在含时密度泛函理论框架下发展了我们的理论。这使我们能够直接包括多体效应，如晶体局域场和激子效应。本文从$χ^{(2)}$的独立粒子近似出发，计算了立方半导体SiC、AlAs和GaAs的二次谐波产生谱，并考虑了准粒子效应（通过剪刀算符）、晶体局域场和激子效应。特别是，我们考虑两种不同类型的内核：ALDA和“远程”内核。我们发现很好的协议与其他理论计算和文献中提出的实验，非常准确的描述多体相互作用的重要性。
2010-06-14 cond-mat.mtrl-sci
$py$GWBSE: A high throughput workflow package for GW-BSE calculations
我们开发了一个开源的Python工作流包，$py$ GWBSE执行自动化的第一性原理计算GW-BSE（Bethe-Salpeter）框架内。GW-BSE是一种基于多体微扰理论的研究材料准粒子和激子性质的方法。GW近似已被证明是有效的，通过克服更广泛使用的密度泛函理论（DFT）的带隙低估的问题，在准确地预测带隙的宽范围的材料。BSE形式主义，尽管计算昂贵，产生的吸收光谱直接与实验观察。$py$ GWBSE软件包实现了整个多步GW-BSE计算的完全自动化，包括对这些计算的准确性至关重要的几个参数的收敛测试。$py$ GWBSE与$Wannier90$集成，$Wannier90$是一种用于计算最大局部化wannier函数的程序，允许生成QP能带结构。$py$ GWBSE还可以自动创建元数据和数据的数据库，包括QP和激子特性，这对于超宽带隙半导体、电子、光电子学和MEMS领域的未来材料发现研究非常有用。
2022-10-04 cond-mat.mtrl-sci
The principle of detailed balance between electrons and phonons in presence of excitonic effects
Dipartimento di Fisica, Università di Roma La Sapienza（罗马大学物理系）；Theory and Simulation of Materials (THEOS), and National Centre for Computational Design and Discovery of Novel Materials (MARVEL), École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院材料理论与模拟中心及国家计算设计与发现新材料中心）；Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria, Università di Modena e Reggio Emilia（摩德纳与雷焦艾米利亚大学工程科学与方法系）
该研究推导含激子效应的电子-声子耦合以保持细致平衡，应用于石墨烯线宽计算，发现激子效应的顶点增强可补偿相空间减少。
2026-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Koopmans Meets Bethe-Salpeter: Excitonic Optical Spectra without GW
Bethe-Salpeter方程（BSE）可以应用于从第一原理计算光谱，包括屏蔽电子-空穴相互作用的影响。作为输入，BSE计算需要单粒子态、准粒子能级和屏蔽库仑相互作用，这些通常用多体微扰理论获得，其成本限制了可能的应用范围。这项工作试图解决这个实际的限制，而不是从Koopmans兼容的泛函推导光谱能量，并介绍了一种新的方法来处理屏蔽库仑相互作用。$W$矩阵的显式计算通过应用于最大局部化Wannier函数基础之上的直接最小化方案被绕过。我们验证和基准这种方法，通过计算低的激发态的分子在泰尔的设置，和光学吸收光谱的$\text{C}_{60}$富勒烯。结果显示出与量子化学方法相同的趋势，并且与先前在TD-DFT或$G_{0}W_{0}$-\text{BSE}水平上进行的模拟非常一致。方便的是，新的框架减少了控制计算精度的参数空间，从而简化了电荷中性激发的模拟，提供了将第一原理光谱学的适用性扩展到更大的应用系统的潜力。
2019-12-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhanced Many-Electron Effects on Excited States of Gated Bilayer Graphene
采用第一性原理BSE（GW-Bethe-Salpeter Equation）模拟方法，首次精确计算了栅控双层石墨烯（GBLG）的准粒子（QP）带隙、光吸收谱及其与栅场的关系.多电子效应被证明是非常重要的理解这些激发态的属性;增强的电子-电子相互作用显着扩大QP带隙;红外光学吸收光谱由明亮的束缚激子。我们的结果很好地解释了最近的实验，并满意地解决了实验测量的传输和光学带隙之间的不一致的难题。此外，我们的计算揭示了精细的激子结构，并预测了尚未观察到的奇异激子效应，这可能是基于GBLG的光电子应用的兴趣。
2012-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle electronic structure and optical response ($G_0W_0$+BSE) of anatase TiO$_2$ starting from modified HSE06 functionals
在多体微扰理论（MBPT）的框架下，将$G_0W_0$方法与Bethe-Salpeter方程（BSE）相结合，计算了TiO_2-$_2$的准粒子电子结构和光激发. HSE 06屏蔽混合泛函的修改版本，其包括20\%的精确Fock交换（HSE 06（20）），而不是标准HSE 06泛函中的25\%，用于建立用于$G_0W_0$ +BSE计算的起始哈密顿量。HSE 06（20）泛函精确地预测了基态电子能带结构。基于来自$G_0W_0$ + HSE 06（20）的数据的BSE计算产生与表征直接激发的现有实验和理论计算非常一致的直接光学激发能量和振子强度。特别是，激子结合能为229 $\pm$ 10毫电子伏，得到与实验密切一致。激子态在脂肪带表示的准粒子能带结构上的投影表明，最低的光学跃迁的TiO 2-TiO-$_2$由激子组成，激子起源于在四重布里渊区中平行于$Γ-Z $方向的带对内的直接跃迁的混合。这意味着激子在晶格的$xy$平面中的强空间局域化。本研究强调了合适的非相互作用哈密顿量对于基于MBPT的准粒子$G_0W_0$和随后的BSE计算的重要性，并建议HSE 06（20）作为在掺杂TiO $_2$的情况下的最佳选择。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical properties of CsCu$_2$X$_3$ (X=Cl, Br and I): A comparative study between hybrid time-dependent density-functional theory and the Bethe-Salpeter equation
卤化铯铜CsCu $_2$ X $_3$（X=Cl、Br和I）是一类具有有趣且潜在有用的光学性质的全无机钙钛矿，其特征在于独特的激子特征。本文采用含时密度泛函理论（TDDFT）和Bethe-Salpeter方程（BSE），以$GW$准粒子能带结构为输入，计算研究了CsCu $_2$ X $_3$的吸收光谱. TDDFT计算使用几种类型的全球混合交换相关泛函。据发现，由介电常数确定的非局部交换的混合物产生的光谱与BSE非常一致。因此，混合TDDFT出现作为一个有前途的第一性原理方法激子在固体中的影响。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
