Efficient prediction of highly anisotropic excitonic properties in the layered antiferromagnet CrSBr via time-dependent density functional theory
University of Massachusetts, Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；CIC nanoGUNE BRTA（纳米技术联合研究中心 nanoGUNE）；Universidad de Cantabria（坎塔布里亚大学）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), CSIC-UPV/EHU（材料物理中心 (CFM-MPC)，西班牙国家研究委员会-巴斯克地区大学）
本文提出一种高效方法，通过调制混合密度泛函并结合本征修正，准确预测CrSBr的电子和光学性质，同时保持激子与磁序耦合的定量准确性，为层状磁性半导体的激子和磁光电现象建模提供高效框架。
2026-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Polarization-dependent photoluminescence-excitation spectra of one-dimensional exciton and continuum states in T-shaped quantum wires
我们测量了高度均匀的T形量子线在5 K下的偏振相关光致发光激发光谱。我们把一个峰归属于一维激子基态，把连续吸收带归属于一维连续态。它们具有相似的偏振依赖性。我们还观察到一些高于一维激子基态的其它峰，并将它们归因于由激发空穴子带组成的激子态。这些结果表明，与模型计算的一个单一的电子-空穴对在T形几何与精确对角化的库仑相互作用。
2003-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Time-dependent density-functional theory of exciton-exciton correlations in the nonlinear optical response
利用含时密度泛函理论（TDDFT）方法分析了半导体光学响应中可能存在的非线性激子-激子关联效应。为此，我们推导出激子极化的非线性（三阶）TDDFT方程。在这个方程中，非线性时间相关效应由有效激子-激子相互作用的时间相关（非绝热）部分描述，其取决于交换相关（XC）核。我们应用该方法研究了GaAs量子阱的非线性光学响应。特别地，我们计算了系统的二维傅立叶谱，并与实验数据进行了比较。我们发现，有必要使用非绝热XC核来描述激子束缚态-双激子，这是由于延迟TDDFT激子-激子相互作用形成的。
2013-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of dynamical screening on the BCS-BEC crossover in double bilayer graphene: Density functional theory for exciton bilayers
基于密度泛函理论推导了双层激子系统的能隙方程，并将我们的结果与量子蒙特卡罗模拟和最近的双双层石墨烯实验进行了比较。间隙方程有一个平均场的形式，但包括一个一致的治疗动态屏蔽。我们发现，间隙生存在更高的密度比以前认为从平均场估计，这给出了强有力的迹象表明，在零磁场的双双层石墨烯系统可以被用作模型系统来调查的BCS-BEC交叉。此外，我们表明，约瑟夫森对转移可以是大量的小带隙和密度。
2021-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Self-Trapped Excitons in Metal-Halide Perovskites Investigated by Time-Dependent Density Functional Theory
该研究使用结合 DDH 泛函的 TDDFT 模拟 Cs$_4$SnBr$_6$ 与 Cs$_2$AgInCl$_6$ 中自陷激子形成，强调激发态几何弛豫的关键作用。
2024-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Dark exciton energy splitting in monolayer WSe2: insights from time-dependent density-functional theory
本文提出基于TDDFT的形式体系，研究单层WSe2中暗激子的能量劈裂，发现交换作用主导劈裂，暗激子因杂化变亮，并计算了温度对带隙和线宽的影响。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Kohn-Sham-Proca equations for ultrafast exciton dynamics
本文提出Kohn-Sham-Proca方案，通过同时时间传播Kohn-Sham与Proca方程，在线性与超快非线性区域均能捕捉激子物理，并可直接纳入晶格和自旋自由度。
2025-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent Raman and Brillouin light scattering on excitons in CsPbBr$_3$ perovskite crystals
Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院约费研究所）；Technische Universität Dortmund（多特蒙德工业大学）；Research Center FEMS, Technische Universität Dortmund（多特蒙德工业大学FEMS研究中心）
研究CsPbBr$_3$钙钛矿晶体中激子和载流子的自旋特性，通过自旋依赖性光散射揭示激子极子的色散分裂及三重态参与的新型机制。
2026-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Identification of Free and Bound Exciton States and Their Phase-Dependent Trapping Behavior in Lead Halide Perovskites
在这项工作中，我们探测多晶和单晶卤化铅钙钛矿中的子能隙能态，以更好地理解其固有的电子物理行为。通过结合温度和强度相关的光学测量，我们揭示了存在的自由和束缚激子的贡献内的子带隙能态流形。这些激子的捕获和重组动力学被证明是强烈依赖于钙钛矿的结构相。正交相表现出超快激子捕获和明显的陷阱发射，而四方相给出低的单分子复合速度和捕获截面（~10-18 cm 2）。在多声子跃迁的情况下，这种抑制电荷捕获是由于电子-晶格相互作用的减少导致的电荷捕获激活能的增加而引起的，这可能是这些材料系统中意外的长载流子寿命的起源。
2017-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Time-dependent screening of a positive charge distribution in metals: Excitons on an ultra-short time scale
测定结晶铜中激发电子寿命的实验揭示了不能解释为布洛赫态的状态[S. Ogawa { \it等人}，B { \bf 55}，10869（1997）]。在这篇文章中，我们提出了一个模型，解释这些国家的瞬态激子状态的金属。瞬态激子的物理背景是系统对外部扰动作出反应所需的有限时间，换句话说，建立极化云所需的时间。这个过程可以用现代超短激光脉冲来探测。我们计算的时间依赖性的密度响应函数内的jeldom模型和真正的铜。从这个知识，它是可能的线性响应理论计算所需的时间，以筛选一个正电荷分布和-在此之上-以确定激子结合能。我们的研究结果导致解释的实验检测到的瞬态激子状态。
2000-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Time-dependent density-functional approach for exciton binding energies
含时密度泛函理论（TDDFT）可以精确地描述绝缘体和半导体中的光学过程，包括激子效应。从线性化的TDDFT半导体布洛赫方程的两带模型，我们推导出一个简单的形式计算激子结合能。这种形式主义导致了标准的Wannier方程的激子，具有由长程和动态交换相关（XC）效应确定的非局部有效的电子-空穴相互作用的推广。我们计算激子结合能在几个直接带隙半导体，使用交换只和模型XC内核。
2009-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Valence and core excitons in solids from velocity-gauge real-time TDDFT with range-separated hybrid functionals: An LCAO approach
提出了一种原子轨道基组框架，用于在周期系统中采用距离分离混合泛函进行速度规范实时含时密度泛函理论（TDDFT）模拟。本文研究了含时Kohn-Sham方程在体硅、氟化锂和单层六方氮化硼等典型固体材料中的线性光学响应。此外，在单层六方BN在B和N K-边缘的核心激发进行了研究和远程和短程非局域交换捕获价和核心激子效应的作用进行了讨论。使用这个时域原子轨道基组框架得到的结果与文献中的等效频域平面波结果一致。讨论的发展导致一个时域广义Kohn-Sham TDDFT实现的核心和价电子动力学和轻物质的相互作用在周期性的固态系统的治疗。
2018-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Linear Response of TDDFT with LDA+U Functional: strongly hybridized Frenkel excitons in NiO
在含时密度泛函理论（TDDFT）的框架下，我们推导了LDA+U泛函的动力学线性响应，并以典型的莫特绝缘体NiO为基准.使用实空间Wannier函数制定，我们的计算成本低廉的框架提供了详细的见解形成紧密结合的Frenkel激子具有合理的精度。具体而言，发现多个激子的强杂化显著地修改激子性质。此外，我们的研究揭示了绝热近似在TDDFT与混合泛函和现有的Bethe-Salpeter方程方法中的一个显着的通用限制，提倡在未来的发展中强烈依赖能量的内核的必要性。
2010-02-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Time-resolved exciton wave functions from time-dependent density-functional theory
含时密度泛函理论（TDDFT）是一种计算效率高的第一性原理方法，用于计算绝缘体和半导体中的光谱，包括激子效应。我们展示了如何激子波函数可以从TDDFT通过科恩-沙姆过渡密度矩阵，无论是在依赖于频率的线性响应制度和实时传播。使用一维模型固体的方法进行说明。特别是，我们表明，我们的方法提供了洞察激子的形成和解离的实时。这为通过实时TDDFT对材料中激子动力学进行时间分辨研究打开了大门。
2020-12-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hybrid cluster-expansion and density-functional-theory approach for optical absorption in TiO2
提出了一种第一性原理密度泛函计算和系统团簇展开方案相结合的方法。从从头计算得到的偶极，四极和库仑矩阵元素被用作输入的激子光学响应的微观多体理论。为了证明一个非平凡的半导体系统的混合方法，近带隙激子光吸收的金红石二氧化钛计算。与实验比较产生强有力的证据表明，所观察到的近带隙的功能是由于偶极禁止，但四极允许的1 s-激子状态。
2015-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of exciton transport in crystalline thin-films of the organic semiconductor di-indeno-perylene using photoluminescence analyses
采用光致发光猝灭方法研究了典型有机半导体二茚并二萘嵌苯（DIP）中激子的输运，并采用一种包含干涉效应、猝灭剂穿透效应和非理想激子猝灭效应的先进激子扩散模型进行了解释. X-射线衍射揭示了约90 nm的激子扩散长度和DIP层的结构相干长度之间的相关性。在5 - 300 K范围内的温度依赖性研究表明，在80 K以上的非相干激子输运在10 - 20 meV的激子密度的厚度依赖性梯度相关的激活能。在80 K以下，可以通过低温下减少的声子相互作用观察到相干激子输运。这份手稿是一个预定稿。
2012-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Lattice correlation of Hubbard excitons in a Mott insulator Sr2IrO4 and reconstruction of their hopping dynamics via time-dependent coherence analysis of the Bragg diffraction
在相关氧化物中，准粒子与其他自由度（如自旋和晶格）的耦合在高温超导等破缺量子有序态的出现中起着关键作用。报道了自旋轨道耦合莫特绝缘体Sr2IrO4中光子诱导的Hubbard激子准粒子的强晶格耦合。结合时间分辨光谱技术，通过对X射线布拉格衍射峰的时间相关相干分析，我们进一步重建了准粒子扩散的时空图。由于激子的独特的电子配置，强的晶格相关性是出乎意料的，但在高度非平衡条件下扩展了Sr2IrO4和铜酸盐之间的相似性。我们开发的相干分析方法可能有重要的影响，在更广泛的一组氧化物异质结构的结构和载流子动力学的特征。
2015-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Electric-Field Tuning of Spin-Dependent Exciton-Exciton Interactions in Coupled Quantum Wells
我们的实验表明，电场降低了耦合双量子阱中致密自旋极化激子气体的两个组分之间的能量分离，在$\sim $ 35 kV/cm的电场下，从$\sim 4$ meV的最大分裂到零。这种减少，由于场诱导的激子波函数的变形，解释了现有的计算中的自旋相关的激子-激子相互作用与电子-空穴分离的变化。然而，一个新的理论，认为修改屏蔽与分离需要考虑到观察到的依赖于两个激子组件的个别能量的激发功率。
1999-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Application of object-oriented programming in a time-dependent density-functional theory calculation of exciton binding energies
本文讨论了面向对象的编程科学计算的好处，使用我们最近的激子结合能的计算与时间相关的密度泛函理论（arXiv：1302.6972）作为一个案例研究。我们发现，一个面向对象的方法，大大方便了开发，调试和未来的扩展代码，促进代码重用。我们表明，并行性很容易添加到我们的代码中的ScaLAPACK，Boost：：MPI和OpenMP的面向对象的方式。
2013-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Anomalous Interlayer Exciton Diffusion in Twist-Angle-Dependent Moiré Potentials of WS$_2$-WSe$_2$ Heterobilayers
半导体范德华异质结构中的莫尔条纹引入的纳米级周期势为设计激子超晶格提供了一个新的平台。为了实现这些应用，有必要深入了解层间激子在莫尔势中的定域和离域。在这里，我们研究了层间激子动力学和传输调制的摩尔势在WS $_2$ -WSe $_2$异质双层膜在时间，空间和动量域使用瞬态吸收显微镜结合第一性原理计算。实验结果验证了理论预测的能量有利的K-Q层间激子和解开激子布居动力学是由扭曲角依赖的K-Q和K-K激子之间的能量差控制。空间和时间分辨的激子群体成像直接可视化激子本地化的扭曲角相关的摩尔势~100 meV。激子输运由于莫尔势和强多体相互作用之间的相互作用而显著偏离正常扩散，导致激子密度和扭转角依赖的扩散长度。这些结果对于设计用于激子和自旋输运以及量子通信应用的VDW异质结构具有重要意义。
2019-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Polarization-dependent exciton dynamics in tetracene single crystals
我们利用偏振相关超快光谱研究并四苯单晶中单重态裂变的动力学。单重态和三重态激子在瞬态吸收光谱的光谱时间物种被发现是强烈依赖于探测极化。通过仔细分析极化依赖性，解出了与单重态激子相关的不同跃迁所贡献的信号，并进一步应用于单重态激子和三重态激子动力学之间的关联。激子动力学的各向异性提供了一种替代方法来解决长期存在的挑战，在理解有机半导体中单线态裂变的机制。
2014-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical saturation driven by exciton confinement in molecular-chains: a TDDFT study
我们已经确定了激子限制在一维分子链（即聚乙炔和H $_2$）的主要驱动力的饱和链极化率作为分子单元的数量的函数。这一结论是基于第一性原理与时间相关的密度泛函理论计算与一个新的衍生交换相关内核。简单的本地和半本地泛函的失败被证明是有关的记忆效应，空间ultransonlocality，和自我相互作用的校正缺乏。随着系统的间隙减小，这些影响变得更小，在这种情况下，这种简单的近似确实表现得更好。
2007-10-10 cond-mat.mtrl-sci
Probing the local structural order of C60 thin films by their exciton transport characteristics
在5 ~ 300 K温度范围内，利用随温度变化的光致发光猝灭研究了局域结构对C_（60）薄膜中激子输运的影响.激子运动的X-射线非晶层表示热激活的运输开始80 K以上的激子状态密度内的激发到低位的热化伴随。温度依赖性的光致发光行为的不连续性可以归因于在80 K的连续相变和在180 K的一阶相变，从而揭示了在C60膜中的局部膜形态的结构信息。
2013-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Lasing in Single Cadmium Sulfide Nanowire Optical Cavities
通过温度相关和时间分辨的光致发光（PL）测量，阐明了硫化镉（CdS）纳米线单腔中的激光机制。温度相关的PL研究揭示了丰富的光谱特征，并表明激子-激子相互作用是至关重要的激光高达75 K，而激子-声子过程占主导地位，在较高的温度。这些测量与温度和强度相关的寿命和阈值的研究表明，激光是由于激子的形成，而且，有效率的，低阈值的纳米线激光器的设计的影响。
2004-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic theory of twist-angle dependent intralayer and interlayer exciton properties in twisted bilayer materials
本文提出基于原子万尼尔函数局域化的高效Bethe-Salpeter方程求解方法，研究扭曲WS₂/WSe₂中层内与层间激子的转角依赖性质，准确描述了小转角下三个低能峰及两个弱振子强度层间激子，为超薄材料光-物质相互作用设计提供新途径。
2025-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Defect-induced states, defect-induced phase transition and excitonic states in bent transition metal dichalcogenide (TMD) nanoribbons: density functional vs. many body theory
本研究采用DFT与GW-BSE方法，探究含线缺陷的WS2弯曲纳米带中边缘态与缺陷态的相互作用，发现半导体-金属相变及可调谐光谱与多样激子态，为纳米/分子电子学应用提供可能。
2023-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Predicting the Inorganic Exciton Peak Position in 2D Hybrid Organic-Inorganic Perovskites from Hybrid Density Functional Theory
本文结合含自旋轨道耦合的HSE06杂化密度泛函计算与实验关系，确定普适交换参数并建立PBE到实验光学带隙的映射，从而预测二维杂化有机-无机钙钛矿的无机激子能量，为筛选新型光电器件材料提供高效方法。
2024-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multiple Exciton Generation in Chiral Carbon Nanotubes: Density Functional Theory Based Computation
利用Boltzmann输运方程（BE）研究了纳米颗粒中光激发态的时间演化，包括声子介导的激子弛豫和多激子产生（MEG）过程，如激子到双激子的倍增和双激子到激子的复合. BE碰撞积分使用基于密度泛函理论（DFT）模拟的Kadanoff-Baym-Keldysh多体微扰理论（MBPT）计算，包括激子效应。我们计算内部量子效率（QE），这是在弛豫过程中从吸收的光子产生的激子的数量。我们将这种方法应用于手性单壁碳纳米管（SWCNT），如（6，2）和（6，5）。我们预测在太阳光谱范围内的（6，2）和（6，5）单壁碳纳米管中的有效MEG在$2 E_g$能量阈值处开始，并且QE在大约$3 E_g,$处达到$\sim 1.6$，其中$E_g$是电子间隙。
2017-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A minimal model for excitons within time-dependent density-functional theory
绝缘体和半导体光谱的精确描述一直是含时密度泛函理论（TDDFT）面临的一个重要挑战。在文献中已经给出的证据表明，TDDFT可以产生绑定以及连续激子的特定系统，但仍有许多未解决的基本问题，动力学交换和相关（xc）的作用。特别是，xc内核$f_{\rm xc}$的激子结合的长空间范围和频率依赖性的作用仍然没有很好地探索。我们提出了一个极小模型激子在TDDFT，由两个带从一维Kronig-Penney模型和简单的近似xc内核，这使我们能够解决这些问题，在一个透明的方式。根据不同的系统，它被发现，绝热xc内核可以产生一个单一的束缚激子，有时两个束缚激子，其中长的空间范围的$f_{\rm xc}$是不是一个必要条件。它示出了如何Wannier模型，具有有效的电子-空穴相互作用，出现从TDDFT。激子的集体性、多体性得到了明确的证明。
2012-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spectral measurement of the breakdown limit of $β-Ga_{2}O_{3}$ and tunnel ionization of self-trapped excitons and holes
$β-Ga_{2}O_{3}$是一种不寻常的半导体，其中可以施加大的电场（~1-6 MV/cm），同时仍然保持在其超宽带隙以下的主要激子吸收峰。这提供了一个难得的机会，在固态研究激子和载流子自陷动力学在强场极限在稳态。在亚带隙光子激发下，我们观察到与激子吸收相关的光谱光电流峰的场致红移和与自陷空穴电离相关的高场下峰振幅的阈值样增加。依赖于场的光谱响应与eXciton修改的Franz-Keldysh（XFK）效应模型定量拟合，该模型包括由于二次斯塔克效应而导致的依赖于电场的激子结合能。在介电击穿开始时，精确地观察到具有反向偏压的光谱红移的饱和，从而提供了检测和量化局部电场和介电击穿行为的光谱手段。此外，依赖于场的响应度提供了对光电流产生途径的洞察，揭示了自陷激子（STX）和自陷空穴（STH）的光电流贡献。通过激子和自陷空穴的场依赖隧道电离定量解释了$β-Ga_{2}O_{3}$中的光电流和p型输运。我们采用STX和STH的场相关隧道电离的量子力学模型来模拟光电流振幅的非线性场相关性。拟合的数据，我们估计的有效质量的价带空穴$(18.8 m_{0})$和超快自陷时间的空穴（0.045 fs）。这表明，少数空穴输运$β-Ga_{2}O_{3}$只能通过隧道电离的STH在强电场下产生。
2021-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Influence Functional Approach to Non-Perturbative Exciton Binding Renormalization from Phonons
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Oden Institute for Computational Engineering and Sciences, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校奥登计算工程与科学研究所）；Kavli Energy NanoScience Institute（卡弗里能源纳米科学研究所）
本文基于GW近似和密度泛函微扰理论，构建了能捕捉声子如何随温度改变激子束缚能的多体哈密顿量，并通过路径积分蒙特卡洛方法非微扰地计算了极化函数。研究发现，除纵向光学模的长程偶极相互作用外，声学模的短程变形势也能显著改变电子和空穴极子的束缚能，但激子束缚能主要由光学声子耦合引起。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Temperature dependent photon emission spectra of free excitons in phonon field of GaN
本文详细研究了GAN中含有一个或两个LO声子的自由激子随温度变化的辐射复合。结果表明，随着温度的升高，两个声子边带都具有不对称的线型，并且它们离零声子线的能量间距与LO声子的特征能量有很大的偏离。此外，单声子边带和双声子边带的偏离率也有很大的不同。利用Segall-Mahan理论，考虑激子-光子和激子-声子相互作用，计算了宽温度范围内自由激子的单或双LO声子的边带。理论和实验之间的良好协议，实现了通过使用只有一个可调参数（自由激子的有效质量）。获得的有效质量表明GAN中的自由激子可能比现有理论研究估计的轻得多。
2005-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Symmetry-dependent exciton-exciton interaction and intervalley biexciton in monolayer transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化合物（TMD）单层膜的多谷能带结构产生谷内和谷间激子。人们已经对这些激子有了很多了解，但基本问题仍然存在，例如如何用它们的相关性在一个统一的图像中描述它们，来自不同谷的激子如何耦合形成谷间双激子？为了解决这个问题，我们从两个激子的组成载流子-费米子之间的相互关联导出激子哈密顿量。通过点对称群的不可约表示识别激子，我们发现它们的成对相互作用依赖于相互作用激子的对称性。除了来自不同谷的激子相互吸引形成谷间双激子的情况外，它通常是排斥的。我们建立了双激子结合能与激子质量和材料及周围环境的介电特性之间的半解析关系。总的来说，通过深入了解不同激子的性质及其相关性，我们的理论模型捕获了激子相互作用特性，允许对单层TMD中谷间双激子的结构和能量特征进行全面描述。
2021-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio time-dependent GW approach for nonequilibrium exciton-phonon coupled dynamics across momentum space
University of Southern California（南加州大学）；University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Tamkang University（淡江大学）；Stanford University（斯坦福大学）；University of Washington（华盛顿大学）
研究材料非平衡激子-声子耦合动力学面临挑战。提出从头算含时绝热GW方法，纳入全有限动量耦合，可实时模拟。通过研究单层WSe2中激子跃迁验证，揭示其超快能谷间动力学，建立了相关非平衡格林函数框架。
2026-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Stability of the long-range corrected exchange-correlation functional and the Proca procedural functional in time-dependent density-functional theory
本文研究含时密度泛函理论中长程修正泛函的数值稳定性问题，发现激子结合能增大导致零力定理的时间平均违反并引发不稳定性，进而解释并验证了Dewhurst等人提出的Proca程序泛函稳定化方法。
2025-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Dimensionality-Dependent Exciton Dispersion in a Single-Band Mott Insulator
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院）；State Key Laboratory of Silicon and Advanced Semiconductor Materials, Zhejiang University（浙江大学硅酸盐先进半导体材料国家重点实验室）；School of Physics and Beijing Key Laboratory of Opto-electronic Functional Materials & Micro-nano Devices, Renmin University of China（中国人民大学物理学院及光电功能材料与微纳器件北京市重点实验室）；Key Laboratory of Quantum State Construction and Manipulation (Ministry of Education), Renmin University of China（中国人民大学量子态构建与操控教育部重点实验室）；International Center for Quantum Materials, and Electron Microscopy Laboratory, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院国际量子材料中心及电子显微镜实验室）；Department of Physics, Fuzhou University（福州大学物理系）
研究通过高分辨率电子能损失谱观察到单带莫特绝缘体Nb3Cl8中激子色散的维度依赖性，揭示了高温相中激子的高绑定能及二维线性色散，以及低温相中激子分裂为两带的三维抛物线色散。
2026-03-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A meta-generalized gradient approximation-based time-dependent and dielectric function dependent method for optical properties of solid materials
本文提出结合metaGGA密度泛函与介电函数mBSE的含时方法，以较低计算成本预测体相和二维材料的光吸收、激子结合能与寿命。
2024-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Giant self-driven exciton-Floquet signatures in time-resolved photoemission spectroscopy of MoS$_2$ from time-dependent GW approach
时间分辨角分辨光电子能谱（TR-ARPES）是一种单粒子光谱技术，可以探测动量空间中的激子（两粒子激发）。我们提出了一个从头算，时域GW方法TR-ARPES和单层MOS $_2$。我们发现，光激发激子可以测量和量化的卫星带，以及导致重整化的准粒子带。这些功能解释的激子Floquet现象引起的激子随时间变化的玻色子场，这是数量级强于激光场诱导的Floquet带在低维半导体。我们的发现为理解光场驱动材料的行为打开了一扇大门。
2023-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determining the Free-Carrier Fraction in 2D Perovskites using Power Dependent Photoluminescence
Autonomous University of Madrid（马德里自治大学）；Condensed Matter Physics Center, IFIMAC（凝聚态物理中心，IFIMAC）
研究通过功率依赖的光致发光分析二维钙钛矿中自由载流子分数，结合Saha方程提供定量方法，验证了在不同厚度的Ruddlesden-Popper钙钛矿中自由载流子分数的可靠性，并揭示了在真实操作条件下进行光学表征的重要性。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent photo-response in multiferroic BiFeO$_3$ revealed by transmission measurements
本文用光谱学方法研究了BiFeO $_3$单晶中光诱导效应与温度的关系。在这里，我们报告的几个光致吸收功能，这是讨论的光致伸缩效应和解释的激子方面的观察。它们的能量位置的温度依赖性表明激子和晶格振动之间可能存在耦合。此外，在温度演化的激子功能，这可能与温度诱导的磁相变在BiFeO $_3$的异常提示。我们的研究结果表明，光诱导激子和晶格和自旋自由度之间的耦合，这可能是相关的观察到的超快光致伸缩效应在多铁性BiFeO $_3$。
2019-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Spin dependent transport in organic light-emitting diodes
利用电检测磁共振（EDMR）研究了一系列基于8-羟基喹啉铝（III）的多层有机器件。这些装置的目的是确定不同的自旋相关过程，即跳跃和激子形成的微观起源。EDMR被证明可以探测电荷的分子轨道，从而间接地探索操作有机基器件中的界面、激子形成、电荷迁移和电场。
2005-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Multiple low-energy excitons and optical response of $d^0$ double perovskite Ba$_2$ScTaO$_6$
大带隙绝缘体被认为在光催化剂、介质谐振器和干涉滤波器等方面有着广阔的应用前景。基于同步辐射X射线衍射、漫反射测量和密度泛函理论，我们报道了合成的$d^0$双钙钛矿Ba $_2$ ScTaO $_6$的晶体结构、光学响应和电子性质。与先前的预测相反，电子带隙被发现是大的，$\sim 4.66$ eV。光学响应的特征在于存在多个激子模式延伸到可见光范围。基于Elliot公式，对直接带隙激子进行了详细的研究.基于密度泛函理论在广义梯度近似下对电子性质的研究严重低估了电子能隙。为了达到一个定量的协议，我们考虑不同的可用口味的修改贝克-约翰逊交换相关势，并讨论其对电子和光学性质的影响。
2022-04-13 cond-mat.mtrl-sci
$K$ dependent exchange interaction of the $1S$ ortho exciton in Cu$_2$O
在处理Wannier激子的交换相互作用时，通常只考虑解析和非解析交换相互作用的主导项。然而，更高阶项可导致激子态的分裂，为此，Dasbach等人[Phys.Rev.Lett.2009]将取决于其总动量$\hbar K$的氧化亚铜$\left(\mathrm{Cu_{2}O}\right)$中的$1S$ ~激子的分裂归因于$K$依赖的分析交换相互作用[Phys.Rev.Lett.2009]。91，107401（2003）]。超越交换相互作用的共同治疗，我们得到正确的表达式，这些$K$依赖于高阶项使用$\boldsymbol{k}\cdot\boldsymbol{p}$微扰理论。我们证明了依赖于$K$的交换相互作用的出现与$P$和$D$激子的独立于$K$的交换相互作用密不可分。我们估计这些条款的大小为$\mathrm{Cu_{2}O}$从微观计算，并表明，他们是太小，无法解释所观察到的$K$依赖分裂。相反，这种分裂必须根据激子的色散来处理。此外，我们还证明了由于$K$依赖的非解析交换作用，在$\mathrm{Cu_{2}O}$中存在纵向激子和横向激子之间的耦合.
2016-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optical spectra of 2D monolayers from time-dependent density functional theory
二维周期性体系的光学性质给含时密度泛函理论（TDDFT）提出了挑战，因为这些材料中存在着很强的激子效应。在这项工作中，我们探讨如何准确地这些光谱可以在一个纯Kohn-Sham时间依赖密度泛函框架内描述，即，一个框架，其中没有理论超越科恩-沙姆密度泛函理论，如$GW$，是需要纠正科恩-沙姆差距。为了实现这一目标，我们将我们为3D系统的光谱开发的最新方法[Cavo，Berger，Romaniello，Phys. Rev. B 101，115109（2020）]调整为2D系统的光谱。我们的方法依赖于TDDFT的交换相关核与基态密度泛函理论的导数不连续性之间的联系，这保证了正确的准粒子间隙，并且依赖于极化泛函的推广[Berger，Phys. Rev. Lett.，115，137402（2015）]，其描述了激子效应。我们将我们的方法应用于两个原型二维单层，$h$ -BN和MoS $_2$。我们发现，我们的协议给出了一个定性的$h$ -BN的光谱很好的描述，而需要改进的MoS $_2$，以描述激子峰的强度。
2020-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic effects in time-dependent density functional theory from zeros of the density response
本文提出利用动力学交换关联核的极点识别集体激发反相运动频率，据此构建简单解析的TDDFT近似核，以高效重现半导体和绝缘体的主要激子吸收特征。
2023-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in two-dimensional atomic layer materials from time-dependent density functional theory
将含时密度泛函理论（TDDFT）应用于二维原子层材料吸收光谱的计算。通过多体微扰理论（MBPT）的计算，我们发现双层六方氮化硼（h-BN）的第一亮激子态的性质依赖于层的堆积类型，即，AA $'$堆叠中的电子和空穴存在于同一层中（层内激子），而A $'$ B堆叠表现出层间激子。我们表明，TDDFT方法与元广义梯度近似的交换相关（XC）的潜力，和Bootstrap XC内核可以捕获的吸收峰，对应于这些激子没有计算繁重的GW和Bethe-Salpeter方程计算。我们还表明，TDDFT方法提供了单层过渡金属二硫属化物，MoS $_2$和MoSe $_2$的吸收光谱。这项研究证实了TDDFT方法的有效性的第一次调查的复杂的二维原子层材料的光学性质的MBPT计算不能很容易地应用。
2020-01-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Excitons in InP, GaP, GaInP quantum dots: Insights from time-dependent density functional theory
III-V族的胶体量子点（QD）被认为是下一代环境友好发光器件的有希望的候选者，然而似乎对潜在的电子和激子性质的理解有限。采用大尺度密度泛函理论和含时密度泛函理论，计算了InP、GaP和GaInP量子点的结构、电子和激子光学性质.计算的InP量子点的光学带隙与现有的实验结果非常吻合，并且它与直径的倒数几乎呈线性关系。辐射激子的衰变寿命被发现，令人惊讶的线性增加与增加的点的大小。对于GaP量子点，我们预测了一个不寻常的电子状态交叉在直径约1.5 nm的最低未占分子轨道（LUMO）状态的性质切换其对称性从$Γ_{5}$ -在较大的直径$Γ_{1}$-在较小的直径。交叉后，带边激子态的吸收强度显著增强。最后，我们发现Vegard定律对于GaInP随机合金量子点非常适用，直到小于100个原子的超小尺寸。得到的能隙弯曲参数的这种常见的阳离子化合物在量子点制度出现积极的，尺寸依赖性和小得多，比它的本体母体。量子点能隙弯曲的主要原因是量子点的体积形变，其作用超过了电荷交换和结构弛豫效应。目前的工作提供了一个路线图的各种电子和光学性质的胶体量子点的III-V族，可以指导光谱研究。
2019-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic and Excitonic Properties of Oligoacenes: Substantial Improvements from Range-Separated Time-Dependent Density Functional Theory
采用含时密度泛函理论（TDDFT）中的区间分离方法研究了一系列线性并苯（从萘到并七苯）的光电和激子性质。在这些相当简单的系统中，众所周知的是，TDDFT方法使用传统的混合泛函令人惊讶地失败，在描述低的La和Lb价态，导致在大的，不断增长的错误的La状态和不正确的能量排序作为分子大小的函数。在这项工作中，我们证明了范围分离的形式主义在很大程度上消除了这两个错误，也提供了一个一致的描述激子在这些系统中的属性。我们进一步证明，重新优化的比例Hartree-Fock交换在传统的混合，以匹配基于波函数的基准计算仍然会产生严重的错误，和一个完整的100% Hartree-Fock范围分离是必不可少的同时描述的La和Lb过渡。通过对电子-空穴跃迁密度矩阵的分析，我们发现传统的杂化泛函过于偏离激子的位置，而低估了并苯体系的准粒子能隙。我们目前的研究结果强调的重要性，范围分离和渐近正确的贡献，在TDDFT交换调查光电和激子的性质，即使是这些简单的价激发。
2010-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Enhancing resonant second harmonic generation in bilayer WSe2 by layer-dependent exciton-polaron effect
本文利用双栅双层WSe2中的层依赖激子-极化子效应打破层间反演对称性，在极小电场下实现40倍共振SHG增强，为二维激子材料中SHG调控和层依赖量子态探测提供了新方法。
2024-07-01 cond-mat.mes-hall 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
Layer-Dependent Phonons, Excitons, and Magneto-Optical Phenomena in CrSBr: A Mini Review
National Center for Nanoscience and Technology（中国科学院国家纳米科学中心）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；University of Warsaw（华沙大学）；CNRS–UGA–UPS–INSA–EMFL（法国国家科学研究中心-格勒诺布尔阿尔卑斯大学-图卢兹第三大学-INSA图卢兹-东洛林大学）；University of Sapienza（罗马第一大学）
本文综述了二维磁性材料CrSBr从块体到单层的层依赖声子、激子及磁光性质，涵盖晶体结构、自旋-声子耦合与激子景观，并展望其在自旋电子学等领域的应用前景。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stochastic scattering theory for excitation induced dephasing: Time-dependent nonlinear coherent exciton lineshapes
我们开发了一个随机理论，治疗随时间变化的激子激子s波散射，并占动态库仑屏蔽，我们描述的平均场限制。有了这个理论，我们的模型激发诱导的退相效应的时间分辨的二维相干光线型，我们确定了一些功能，可以归因于多体动力学发生在激子的背景下，包括动态线变窄，混合的实部和虚部的光谱分量，和多量子态。我们测试的模型，通过多维相干光谱的二维金属卤化物半导体主机紧密结合的激子和双激子，具有强极化特性。我们发现，激子的非线性相干线型反映了多体关联，引起激发诱导的退相。此外，我们观察到的激子线形随人口的时间在时间窗口中，人口本身是静态的，在一种方式，揭示了多激子多体耦合的演变。具体而言，退相动力学随时间减慢，速率由激子多体相互作用的强度和动态库仑屏蔽势决定。相干光线型的实部在零时刻表现出强色散特性，在激发诱导退相效应的耗散时间尺度上转变为吸收线型，而虚部则表现出相反的行为。我们的微观理论方法是足够灵活的，允许系统浴动力学如何有助于线性和非线性时间分辨光谱行为的广泛探索。
2020-09-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effect of spin-dependent tunneling in a MoSe$_2$/Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$ van der Waals heterostructure on exciton and trion emission
本研究通过低温光致发光和磁光克尔效应测量，发现MoSe$_2$/Cr$_2$Ge$_2$Te$_6$范德华异质结构中激子-三子发射比例依赖于激发螺旋性与磁化取向，揭示了与激子复合竞争的超快自旋依赖层间电荷转移机制。
2025-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
