Decoupling bulk and surface recombination properties in silicon by depth-dependent carrier lifetime measurements
利用μ子作为材料的体探针，通过对μ子注入深度的扫描，研究了硅片中载流子动力学的深度分布。光激发μ子自旋谱技术可以在半导体晶片中光学地产生过剩载流子，而μ子可以测量过剩载流子密度。结果，可以获得载流子复合寿命谱。深度依赖的寿命谱使我们能够准确地测量体载流子寿命和表面复合速度通过拟合一个简单的一维扩散模型的光谱。与其他传统的寿命谱技术不同，在这种方法中，体和表面复合性质可以容易地去卷积。在这里，我们已经应用该技术来研究硅晶片钝化处理和不钝化处理，并证明了该模型可以正确地描述在这两种情况下的载流子动力学。
2021-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Surface Recombination Limited Lifetimes of Photoexcited Carriers in Few-Layer Transition Metal Dichalcogenide MoS2
利用非简并超快光抽运探测技术研究了少层过渡金属二硫属化物MoS_2的光激发载流子寿命。我们的研究结果表明，在样品中的层数的载流子寿命急剧增加。载流子寿命从单层样品中的几十皮秒增加到10层样品中的一纳秒以上。发现载流子寿命的倒数根据载流子存在于表面层处的概率而缩放，如由可以被视为量子阱的几层样品中的载流子波函数所给出的。载流子寿命在很大程度上与温度无关，载流子寿命的倒数与光激发载流子密度成线性关系。这些观察结果与缺陷辅助的载流子复合是一致的，其中缺陷通过俄歇散射捕获电子和空穴。我们的研究结果表明，载流子寿命在几层样品的表面复合有限，由于更大的缺陷密度在表面层相比，内层。
2015-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A new method for measuring excess carrier lifetime in bulk silicon: Photoexcited muon spin spectroscopy
我们用光激发μ子自旋谱测量了硅中光注入的过剩载流子寿命。正μ子深深地植入晶片中可以与过量载流子相互作用，并直接探测体载流子寿命，同时最大限度地减少表面复合的影响。该方法是基于μ子自旋不对称性的弛豫速率，这取决于过剩载流子浓度。通过模拟光照下硅中的四态μ介子模型，了解了其微观机制。我们将该技术应用于不同的注入水平和温度，并证明其注入和温度依赖的寿命光谱的能力。
2017-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Slow diffusion and long lifetime in metal halide perovskites for photovoltaics
金属卤化物钙钛矿具有优异的吸收、发射和载流子传输性能。因此，这些材料非常适合于人们越来越感兴趣的光化学应用。尽管如此，问题出现时，在不寻常的长载流子寿命，关于微米扩散长度，将意味着一个非常低的扩散系数相比，常用的光伏吸收剂。在本文中，我们提供了一个实验洞察到这种长寿命的载流子在慢动作。我们的方法依赖于一个改进的模型来分析时间分辨的光致发光衰减在多个注量水平，包括载流子运输，光子回收和陷阱动态。在不同的界面特性上对模型进行了验证。此外，我们研究了各种钙钛矿吸收剂，如具有铯含量的混合合金。对于我们分析的大多数基于钙钛矿的材料，带-带复合率保持接近辐射极限，导致预期的亚微秒寿命。观察到载流子的缓慢扩散，扩散系数D值约为5 × 10 -3 cm 2/s。尽管如此，功率转换效率仍然很高。观察结果可能与有争议的直接和间接带隙共存减慢复合过程有关。
2018-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Time-resolved imaging of non-diffusive carrier transport in long-lifetime halide perovskite thin films
由于其特殊的半导体性能，杂化无机-有机钙钛矿显示出作为光伏吸收剂的巨大前景。在这些材料中，载流子的长程扩散允许大部分光生载流子对光伏效率有贡献。在这里，时间分辨光致发光（PL）显微镜是用来直接探测双极载流子扩散和复合动力学的混合钙钛矿。该技术应用于通过两种不同的制造路线获得的甲基铵三碘化铅MAPbI $_3$的薄膜，甲基铵三溴化铅（MAPbBr $_3$），以及甲脒三碘化铅（FAPbI $_3$）和甲基铵溴化铅FA $_{0.85}$ MA $_{0.15}$ Pb（I $_{0.85}$ Br_ ${0.15}$）$_3$的合金。膜中的平均扩散系数导致最高的器件效率和最长的寿命，即，在FA $_{0.85}$ MA $_{0.15}$ Pb（I $_{0.85}$ Br $_{0.15}$）$_3$和乙腈处理的MAPbI $_3$中，发现比其它膜低几个数量级。对时间依赖性的进一步研究显示出非扩散运输的有力证据。特别是，乙腈处理的MAPbI $_3$显示不同的扩散制度，在短期和长期的时间尺度上的有效扩散常数变化超过2个数量级。我们的研究结果还强调了这样一个事实，即在这类材料中载流子寿命的增加不一定伴随着扩散长度的增加，并且在太阳能电池工作条件下的PL量子效率是材料和最终设备质量的更大指示。
2019-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charge-carrier lifetime measurements in early-stage photovoltaic materials: intuition, uncertainties, and opportunities
由于缺陷的普遍存在和关于材料特性的有限信息，许多早期薄膜光伏材料中的载流子寿命的测量可能是困难的。在这个角度来看，我们给出了一个简短的概述，用于测量寿命的典型技术，并讨论了从这些技术估计寿命所涉及的直觉，专注于时间分辨的光致发光作为一个例子。然后，我们深入研究分析寿命测量所涉及的基本假设和不确定性。最后，我们概述了利用两种新兴的技术来解耦不同的复合机制：双光子光谱，我们证明了BiI 3薄膜，和温度和注入依赖的电流-电压测量寿命测量的精度提高的机会。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Long photoexcited carrier lifetime in a stable and earth-abundant zinc polyphosphide
Thayer School of Engineering, Dartmouth College（达特茅斯学院泰勒工程学院）；Department of Materials Science and NanoEngineering, Rice University（莱斯大学材料科学与纳米工程系）；Rice Advanced Materials Institute, Rice University（莱斯大学莱斯先进材料研究所）；Department of Chemistry, Iowa State University（爱荷华州立大学化学系）；National Laboratory of the Rockies, U.S. Department of Energy（美国能源部落基山国家实验室）；Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College（达特茅斯学院物理与天文系）；Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校艾索余峰李家族化学与纳米工程系）；Ames National Laboratory, U.S. Department of Energy（美国能源部艾姆斯国家实验室）；Renewable and Sustainable Energy Institute, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校可再生与可持续能源研究所）
研究发现锌多磷酸盐具有极长的光激发载流子寿命，填补了直接带隙无机半导体与卤化物钙钛矿之间的载流子寿命差距，其独特的多磷酸键结构抑制了深内在缺陷的形成，展现出优异的环境稳定性。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Understanding different efficiency droop behaviors in InGaN-based near-UV, blue and green light-emitting diodes through differential carrier lifetime measurements
GaN基发光二极管（LED）在高注入下的效率下降效应强烈地依赖于波长，这仍然没有得到很好的理解。本文通过对商业化的近紫外、蓝光和绿光LED的差分载流子寿命测量，将其不同的效率下降行为归因于不同的载流子寿命，这些载流子寿命随着波长的增加而延长。载流子寿命与InGaN量子阱中铟组分之间的这种关系被认为是由于极化诱导的量子限制斯塔克效应。长的载流子寿命不仅增加了载流子泄漏的概率，而且导致量子阱中的高载流子浓度。换句话说，在相同的电流密度下，近紫外LED的有源区载流子浓度最低，而绿光LED的有源区载流子浓度最高。如果考虑到效率下降取决于载流子浓度，不同波长的LED的行为没有表现出任何异常。该模型还解释了低温下效率下降严重的原因。在此基础上，讨论了克服效率下降的可能途径。降低载流子寿命似乎是解决这一问题的根本途径。
2016-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Impact of Trap Filling on Carrier Diffusion in MAPbBr$_3$ Single Crystals
我们目前的实验证据表明，有效的载流子扩散长度（$L_d$）和寿命（$τ$）依赖于在MAPbBr $_3$单晶的载流子密度。独立的测量表明，$L_d$和$τ$减少与光载流子密度的增加。扫描光电流显微镜用于提取特征光电流$I_{ph}$衰减长度参数，$L_d$，其是有效载流子扩散的量度。电子和空穴的$L_d$幅度分别为~ 13.3 $μ$ m和~ 13.8 $μ$ m。均匀光偏置的边际增加（$\leq 5 \times 10^{15}$光子/cm $^2$）增加了调制光电流幅度，并分别将电子和空穴的$L_d$参数降低了2倍和3倍，表明复合不是单分子的。的$L_d$的变化与光致发光寿命研究中的功能。寿命变化的分析表明，强度依赖的单分子和双分子复合的趋势与复合常数分别确定为约9.3 $\times 10^6$ s $^{-1}$和约1.4 $\times 10^{-9}$ cm $^{3}$ s $^{-1}$。根据$L_d$和寿命的变化趋势，推测在低强度激发区，载流子输运主要受子带隙陷阱复合的影响，而在高强度激发区，载流子输运主要受双分子复合的影响.
2020-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transient terahertz photoconductivity measurements of minority-carrier lifetime in tin sulfide thin films: Advanced metrology for an early-stage photovoltaic material
以提高光吸收半导体的少数载流子寿命为重点的材料研究是推进太阳能技术的关键，无论是早期阶段还是成熟的材料平台。硫化锡（SnS）是一种吸收材料，在制造和部署方面具有明显的优势，但创纪录的功率转换效率仍低于5%。我们报告的测量体和界面少数载流子复合率在SnS薄膜使用光泵，太赫兹（THz）探测瞬态光电导（TPC）测量。生长后在H_2S气体中退火增加了少子寿命，表面氧化降低了表面复合速度。然而，少数载流子寿命保持低于100 ps的所有测试组合的生长技术和生长后处理。SnS太阳能电池性能的显著改善将取决于发现和减轻迄今未知的复合活性缺陷。我们详细描述了我们的TPC实验方法，我们分享我们的数据分析例程作为免费提供的软件。
2015-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Non-adiabatic molecular dynamics simulation for carrier transport in a molecular monolayer
本文提出了一种新的方法，利用非绝热分子动力学来研究有机单层膜中载流子的迁移率。这种方法允许使用51，744个计算机核心在大约三个小时内计算825 fs的4802个原子系统，同时保持平面波赝势密度泛函理论水平的精确度。我们对五噻吩丁酸单分子膜的模拟揭示了一种新的载流子输运机制：空穴波函数是由热涨落引起的无序局域化，而空穴的输运是通过态能量交叉过程中的电荷转移实现的.模拟结果还表明，该系统不处于热力学平衡的绝热态布居根据玻尔兹曼分布。我们的模拟是通过引入一个线性的时间依赖近似的哈密顿量在一个fs的时间间隔内，并通过使用电荷修补方法产生的哈密顿量，和重叠片段的方法对角化的哈密顿矩阵。
2012-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Rashba Spin-Orbit Coupling Enhanced Carrier Lifetime in Organometal Halide Perovskites
有机金属卤化物钙钛矿是下一代光伏应用的有前途的太阳能电池材料。这些材料的长载流子寿命和扩散长度使得它们对于用于光吸收器和载流子传输器非常有吸引力。虽然有机金属卤化物钙钛矿的这些方面吸引了最多的关注，但由强自旋轨道耦合驱动的Rashba效应对这些材料的光伏特性的影响在很大程度上尚未探索。在这项工作中，以甲基铵碘化铅的电子结构为例，我们提出了一个内在的机制，提高载流子寿命的三维Rashba材料。基于第一性原理计算和Rashba自旋轨道模型，我们证明了自旋禁戒跃迁降低了复合速率。这些结果对于理解有机金属卤化物钙钛矿的基本物理性质以及优化和设计具有更好性能的材料具有重要意义。所提出的机制，包括自旋自由度提供了一个新的范例，使用三维Rashba材料的光伏应用。
2015-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Minority Carrier Lifetime on the Performance of Strained Ge Light Sources
我们从理论上研究了缺陷限制载流子寿命对锗（Ge）光源（特别是LED和激光器）性能的影响。对于锗LED，我们表明，提高材料质量可以提供更大的增强比技术，如拉伸应变，提高锗光发射的领先方法。即使对于如此严重应变以致于其变成直接带隙半导体的Ge，典型外延Ge的~1 ns缺陷限制的载流子寿命也将LED内部量子效率限制为小于10%。相反，如果外延Ge载流子寿命可以增加到其体值，内部量子效率超过90%成为可能。对于锗激光器，我们表明，缺陷限制寿命变得越来越重要的拉伸应变的介绍，这种缺陷限制寿命必须得到改善，如果应变的全部好处是要实现的。相反，我们表明，提高材料质量取代了大部分的实用程序的n型掺杂锗激光器。
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Reversible Photo-Induced Phase Segregation and Origin of Long Carrier Lifetime in Mixed-Halide Perovskite Films
基于混合卤化物的混合钙钛矿半导体作为高效光伏和发光器件的有希望的候选者引起了极大的关注。然而，这些先进的钙钛矿材料在光照下可能由于卤素离子迁移而发生相分离，影响其光电性能。在这里，我们报告光激发诱导的相分离在三阳离子混合卤化物钙钛矿薄膜，产量的光致发光响应的红移。我们证明，光激发诱导的卤素离子迁移导致形成较小的带隙的碘化物丰富的和较大的带隙的溴化物丰富的域的钙钛矿薄膜，其中的相分离率被发现遵循激发功率密度的幂律。结果证实，载流子寿命增加，由于光激发载流子的捕获在隔离的小带隙的碘化物丰富的域的光致发光的红移。有趣的是，我们发现，这些光诱导的变化是完全可逆的，当激发电源关闭时，这些变化是热激活的。在黑暗条件下，卤素离子迁移的激活能在相分离和相恢复过程中有显著差异。此外，我们还研究了受激子-光学声子耦合影响的发光线宽随温度的变化。基于混合态和分离态的激子-声子耦合强度解释了光致相分离的机理。
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Organic Molecular Dynamics and Charge-carrier Lifetime in Lead Iodide Perovskite MAPbI$_3$
杂化有机-无机钙钛矿（HOIP）的长载流子寿命是其作为太阳能电池材料的优异性能的关键。长寿命的微观机制仍在争论中。利用μ子自旋弛豫技术探测局域磁场的涨落，我们发现HOIP甲基碘化铅铵（MAPbI $_3$）的μ子退极化率（$Δ$）在162 K时从正交晶系向四方晶系的结构转变过程中，在120 K以上和190 K以上分两步随温度的升高而急剧下降.我们的分析表明，减少$Δ$是定量与预期的行为，由于MA跳跃旋转周围的$C_3$和$C_4$对称轴的快速发展。我们的结果为MA分子电偶极子的转动与HOIP中载流子寿命的密切关系提供了直接的证据。
2022-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Charge carrier transport and lifetimes in n-type and p-type phosphorene as 2D device active materials: an ab initio study
在这项工作中，我们提供了一个详细的分析磷性能的n型和p型活性物质。该研究是基于磷烯电子结构的第一性原理计算，以及由此产生的电子和空穴散射速率和寿命。重点放在极端制度通常发现在半导体器件，即高电场和重掺杂，在那里的碰撞电离和俄歇复合可能发生。我们发现，电子引发的碰撞电离是弱于空穴引发的过程中，相比载体-声子相互作用率，这表明弹性碰撞电离引发的击穿。此外，计算的少数电子寿命仅受辐射复合的限制，而不是由俄歇过程，这表明磷烯可以在光电子器件中实现良好的量子效率。所提供的散射率和寿命是关键的输入数据的建模和理解的磷光体为基础的设备物理。
2016-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Carrier Lifetime Enhancement in a Tellurium Nanowire/PEDOT:PSS Nanocomposite by Sulfur Passivation
我们报告了一种高性能热电材料的静态和时间分辨太赫兹（THz）电导率测量，该材料在PEDOT：PSS矩阵中含有碲纳米线。复合材料制成的纳米线表面有和没有硫钝化。具有硫连接体的材料（TeNW/PD-S）的导电性较低，但具有比不具有硫连接体的制剂（TeNW/PD）更长的载流子寿命。我们发现在f = 1 THz时的实际电导率为σ（TeNW/PD）= 160 S/cm和σ（TeNW/PD-S）= 5.1 S/cm。这些值远大于相应的DC电导率，表明DC电导率受到结构缺陷的限制。纳米线中的自由载流子寿命由纳米线表面的复合和捕获控制。我们发现在裸露的碲纳米线（22米/秒）和TeNW/PD-S（40米/秒），蒸发碲薄膜相媲美的表面复合速度。TeNW/PD的表面复合速度（509 m/s）要大得多，表明界面陷阱密度较高。
2014-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling valley lifetimes of free charge carriers in monolayer WSe$_2$
我们报告纳秒长，栅极依赖的谷寿命的自由载流子在单层WSe $_2$，明确确定的时间分辨克尔旋转和电输运测量相结合。当将费米能级调谐到导带或价带中时，虽然谷极化增加，但存在与电子-声子和自旋-轨道散射一致的相应谷寿命的强烈减小。最长的寿命被认为是自旋极化束缚激子在带隙区域。我们解释我们的研究结果通过两个不同的，费米能级依赖的散射通道的光激发，谷极化亮trions通过暗态或束缚态。通过静电门控，我们证明了过渡金属二硫属化物WSe $_2$可以被调谐为长寿命局域自旋态的理想宿主或允许自由载流子的纳秒谷寿命（> 10 ns）。
2020-02-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier Lifetimes in a III-V-N Intermediate Band Semiconductor
我们用瞬态吸收光谱测量了多带半导体GaPAsN的载流子寿命。这些测量探测在激发脉冲之后作为时间的函数的导带、中间带和价带中的电子布居。在GaP0.32As0.67N0.01的光激发之后，我们发现导带中的电子布居以时间常数23 ps呈指数衰减。中间带的电子布居呈现出双分子复合，复合常数r = 2 × 10^-8 cm-3/s。在我们的实验中，光泵浦脉冲激发电子从价带到中间带和导带，和带间吸收的变化，由于吸收饱和和诱导吸收的延迟白光脉冲探测。我们使用带反交叉模型来模拟我们的样品的光学性质，以提取作为时间的函数的载流子密度。这些结果表明，少数载流子寿命太短，有效的太阳能转换和材料质量的改进将需要实际应用的GaPAsN基中间带太阳能电池。
2016-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Maximizing the spin-orbit torque efficiency of Pt/Ti multilayers by optimization of the tradeoff between the intrinsic spin Hall conductivity and carrier lifetime
我们报告了一个全面的研究最大化的自旋霍尔比（θSH）在Pt薄膜中的插入亚单层层的Ti，以减少载流子寿命，同时尽量减少并发减少自旋霍尔电导率。我们建立的固有自旋霍尔电导率的Pt，而强大的应变和这些插入所造成的晶体顺序的中度中断，开始迅速下降，在高电阻率水平，因为载流子寿命缩短。在本征自旋霍尔电导率和载流子寿命之间的不可避免的权衡为异质材料设定了θSH >=0.8的实际上限，其中结晶Pt组分是自旋霍尔效应的来源，并且电阻率通过缩短载流子寿命而增加。这项工作还建立了一种非常有前途的自旋霍尔金属[Pt 0.75 nm/Ti 0.2 nm]7/Pt 0.75 nm，用于节能，高耐久性的自旋轨道扭矩技术（例如，存储器、振荡器和逻辑电路），这是由于其结合了0.8的巨大θSH（或相当于0.35的每单位电流密度的阻尼式自旋扭矩效率）、相对较低的电阻率（90 uOhm cm）和对实际技术集成的高度适用性。
2019-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Halogenation induced transition of superconductor-to-semiconductor in MXene-like MOene with direct band gap and long carrier lifetime
传统的MXenes以其独特的力学和电学性质，以及丰富的元素组成和化学修饰而受到人们的广泛关注。然而，具有直接带隙的半导体特性在已报道的MXene中极为罕见。因此，将MXene家族扩展到具有独特行为的碳化物和氮化物之外仍然是一个非凡而迷人的领域。
2022-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ultralong carrier lifetime of topological edge states in a-Bi4Br4
二维量子自旋霍尔绝缘体（QSHI）的兴起引起了人们的极大兴趣，其中一维螺旋边缘态是QSHI的标志，被广泛认为是下一代光电子学的一个有前途的平台。然而，1D边缘状态的动力学尚未在实验上得到解决。在这里，我们报告的光学响应的拓扑螺旋边态的a-Bi 4 Br 4，使用红外泵浦红外探针显微光谱的观察。值得注意的是，我们观察到的螺旋边缘态的载流子寿命达到纳秒级在室温下，这是大约2 - 3个数量级以上的大多数二维拓扑表面状态，甚至是现代工业中使用的发展良好的光电子半导体相媲美。拓扑边缘态的超长载流子寿命可能归因于它们的螺旋和一维性质。我们的发现不仅为进一步研究一维螺旋边态的载流子动力学提供了理想的材料，而且为其在光电子学中的应用铺平了道路。
2020-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Velocity Renormalization and Carrier Lifetime in Graphene from Electron-Phonon Interaction
我们提出了第一性原理研究的声子诱导的电子自能在石墨烯。自能的能量依赖性反映了石墨烯特有的线性能带结构，并且与通常的金属行为有很大的不同。的狄拉克费米子的有效带速度被发现减少了4- 8%，这取决于掺杂，通过与晶格振动的相互作用。我们的结果与光电子能谱中观察到的电子线宽与结合能的线性关系一致。
2007-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of bulk and surface properties for steady-state measurements of minority carrier lifetimes
少数载流子寿命的测量是半导体材料表征领域中的有力工具，因为它对电活性缺陷非常敏感。此外，它适用于各种样品，如锭或晶片。在这项工作中，系统的理论分析的稳态方法。它示出了如何测得的寿命与固有的体寿命对于一个给定的材料质量，样品厚度，和表面钝化。这使得通过将它们从表面效应中分离出来，可以在实验上获得体特性。特别是，封闭的解析解的最重要的情况下，如钝化和未钝化的晶圆和块。基于这些结果，给出了一个临界样品厚度的标准，超过该标准，寿命测量允许推导出给定表面复合的体性质。这些结果是特别感兴趣的半导体材料诊断，特别是光伏应用，但不限于这一领域。
2011-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Spin-orbit enhanced carrier lifetimes in noncentrosymmetric semiconductors
我们发现，非中心对称材料的载流子复合率可以强烈修改的自旋轨道耦合。我们提出的机制包括将导带和价带分离成各自的自旋分量，从而改变它们之间的跃迁偶极矩。载流子复合的变化可以是正的或负的符号，或者根据布里渊区中载流子的位置而变化。我们已经进行了大规模的DFT筛选研究，以确定显示这种效果的候选材料。我们选择了三种材料，Pb $_4$ SeBr $_6$，ReTe $_3$ Br $_5$和CsCu（BiS $_2$）$_2$，它们跨越了行为范围，并更详细地讨论了它们的电子能带结构。我们发现跃迁偶极矩增强因子高达三个数量级，反映了自旋轨道耦合对载流子寿命的物理影响。因此，进一步探索自旋-轨道耦合和晶格对称性可能被证明是有用的操纵材料的电子物理。
2017-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing the Free-carrier Absorption in Multi-Layer Black Phosphorus
利用时间分辨差分透射测量技术研究了薄黑磷（bP）中载流子的弛豫动力学。带间和带内跃迁，弛豫，和载流子复合寿命揭示了通过调整以上和以下的黑磷的带隙的中红外探测波长。当探测能量超过带隙时，观察到泡利阻挡的带间跃迁。当探测能量低于带隙时，由于不存在带间跃迁和自由载流子吸收（FCA）的增强，差分传输信号从正变为负。少数载流子寿命和辐射复合系数分别为1.3 ns和5.9 $\rm \times 10^{-10}$ $\rm cm^{3}/s$。对于大于5 $\rm \times 10^{19}$ $\rm cm^{-3}$的过量载流子密度，bP的总复合寿命受到辐射复合的限制。
2018-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous band gap narrowing and carrier lifetime prolongation of organic-inorganic trihalide perovskites
有机-无机杂化三卤化铅钙钛矿材料已成为最具吸引力的光伏材料。正如Shockley-Queisser理论所规定的那样，下一级改进的强大材料科学挑战需要进一步缩小太阳光谱中更广泛的吸收带隙，同时保持甚至协同延长载流子寿命，这是实现近带隙光电压的关键因素。在此，通过施加可控的静水压力，我们已经实现了前所未有的同时增强带隙窄化和载流子寿命延长（高达70~100%的增加）在温和的压力下约0.3 GPa。纯混合钙钛矿上的压力诱导调制而不引入任何不利的化学或热效应，清楚地表明了带边对光子-电子相互作用的重要性，并绘制了进一步提高其光伏性能的开拓性路线。
2016-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Anisotropic Photostriction and Strain-modulated Carrier Lifetimes in Orthorhombic Semiconductors
National Center for Nanoscience and Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家纳米科学中心）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
研究通过光掺杂调控二维正交半导体中各向异性光电收缩，揭示了应变调制载流子寿命的机制，为光机械器件发展提供理论支持。
2025-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Identifying defect-tolerant semiconductors with high minority carrier lifetimes: Beyond hybrid lead halide perovskites
甲基铵卤化铅（MAPbX3）钙钛矿的出现促使识别引起异常的体传输性质的独特性质，并识别具有类似性质的未来材料。在这里，我们提出，这种“缺陷容限”出现从基本的电子结构特性，包括轨道特性的传导和价带极值，有效质量，和静态介电常数。我们使用MaterialsProject.org搜索和详细的电子结构计算来证明MAPbX 3以外的其他材料的这些特性。这种材料发现的框架可以更广泛地应用，以加速基于对最近成功的新兴理解的新半导体的发现。
2015-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Muon probes of temperature-dependent charge carrier kinetics in semiconductors
我们已经应用了光激发μ子自旋光谱技术（光- $μ$ SR）的本征锗的目标是开发一种新的方法来表征在广泛的半导体过剩载流子动力学。μ子自旋弛豫速率可以是过剩载流子密度的唯一度量，并用于研究载流子动力学。所得到的载流子寿命谱可以用一个简单的扩散方程来模拟，以确定体复合寿命和载流子迁移率。对这些参数随温度变化的研究可以揭示复合和扩散机制。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Prolonging Carrier Lifetime in P-type 4H-SiC Epilayer by Thermal Oxidation and Hydrogen Annealing
Xiamen University（厦门大学）；Jiujiang Research Institute of Xiamen University（厦门大学九江研究院）；Xiamen Institute of Technology（厦门理工学院）
本研究通过热氧化和氢退火工艺有效延长P型4H-SiC外延层的少数载流子寿命，提升高电压SiC双极器件性能。
2024-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier mobility and scattering lifetime in electric double-layer gated few-layer graphene
我们在机械剥离的少层石墨烯上制备了双电层场效应晶体管（EDL-FET）器件。我们利用聚合物电解质的大电容来研究在高于和低于聚合物的玻璃化转变温度的大的诱导表面电荷密度下的三层、四层和五层样品的输运性质。我们发现，载流子迁移率表现出强烈的不对称性之间的空穴和电子掺杂制度。然后，我们采用从头计算密度泛函理论（DFT）计算，以确定从实验数据的平均散射寿命。我们解释其特殊的依赖于载流子密度的特定性质的电解质，我们在我们的实验中使用。
2017-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tuning many-body interactions in graphene: The effects of doping on excitons and carrier lifetimes
石墨烯的光学性质受到电子-电子（e-e）和电子-空穴（e-h）相互作用的强烈影响。在这里，我们通过改变自由载流子的密度来调节这些多体相互作用。从红外到紫外的测量揭示了电子和空穴掺杂的石墨烯的光学电导率的显着变化。鞍点激子共振的位移、加宽和形状的改变反映了载流子对多体相互作用的强屏蔽，以及准粒子寿命的变化。从头计算的GW Bethe-Salpeter方程（GW-BSE），其中考虑到修改的排斥e-e和吸引e-h相互作用，提供了良好的协议与实验。了解石墨烯在广泛掺杂范围内的光学性质和高能载流子动力学对于基础石墨烯物理学和石墨烯在光子学中的新兴应用至关重要。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hot Carrier Dynamics in InAs-AlAsSb Core-Shell Nanowires
半导体纳米线（NW）由于其小尺寸而显示出强大的热载流子效应的证据。这些纳米结构中由光吸收产生的热载流子的弛豫动力学在光电子器件和高效太阳能电池（例如热载流子太阳能电池）中是非常重要的。在各种III-V族半导体中，砷化铟（InAs）纳米线由于其高光吸收率和高迁移率而成为其在先进光捕获器件中的应用的有希望的候选者。在这里，我们调查的InAs-AlAsSb核壳纳米线，以及裸芯InAs纳米线，使用超快泵浦探测光谱与广泛调谐的泵浦和探测能量的热载流子动力学。我们已经发现，纵向光学（LO）声子的寿命为2.3 ps和热电子的寿命约为3 ps和30 ps的载流子-载流子相互作用和电子-声子相互作用，分别。此外，我们已经调查了在AlAsSb壳的电子状态，并发现，尽管在导带的核-壳设计的大的带偏移，激发载流子保持在壳长于100 ps。我们的研究结果表明，等离子体量身定制的核-壳纳米线的有效的光收集设备，这可能打开潜在的途径，提高光伏太阳能电池的效率的证据。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-orbit coupling effects on spin-dependent inelastic electronic lifetimes in ferromagnets
对于铁、钴、镍三种铁磁体，我们计算了由于载流子-载流子库仑相互作用（包括自旋-轨道耦合）引起的自旋相关的非弹性电子寿命。我们发现，自旋相关的态密度在费米能量不，在一般情况下，决定自旋依赖的寿命，因为有效的自旋翻转跃迁允许自旋混合。多数和少数电子寿命计算包括自旋轨道耦合这三个3-D铁磁体不超过2的因素不同，并同意与实验结果。
2014-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-pump XUV-photoemission-probe in graphene: evidence for non-adiabatic heating of Dirac carriers by lattice deformation
我们调制的原子结构的双层石墨烯通过驱动其晶格在共振与面内E1 u晶格振动在6.3 μ m。使用时间和角度分辨光电子能谱（tr-ARPES）与极紫外（XUV）脉冲，我们测量的狄拉克电子附近的K点的响应。我们观察到，晶格调制导致异常的载流子动力学，与狄拉克电子达到较低的峰值温度和更快的速率相比，当激发远离声子共振或在单层样品中施加放松。冻结声子计算预测戏剧性的能带结构的变化时，E1 u振动的驱动，我们用来解释在实验中观察到的异常动力学。
2014-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of Small Phonon Energies on the Charge-Carrier Lifetimes in Metal-Halide Perovskites
基于金属卤化物钙钛矿吸收层的太阳能电池已经产生了具有长非辐射寿命的出色光伏器件，这是实现高效率的关键特征。如果电子-空穴对的能量到振动能量的转移是缓慢的，则发生长的非辐射寿命，这是由于例如，低密度的缺陷、弱的电子-声子耦合或单个跃迁所需的大量声子的释放。在这里，我们讨论了金属卤化物钙钛矿的已知材料特性（如折射率，声子能量和有效质量）的影响，并将其与极性半导体中的电子-声子耦合和多声子跃迁率的基本模型相结合。我们发现，低声子能量的MAPbI $_3$导致一个强烈的依赖于陷阱位置的复合率，这可以很容易地推断出从底层的物理效应确定非辐射跃迁。在这里，我们表明，这是重要的非辐射复合动力学的金属卤化物钙钛矿，因为它意味着这些系统是相当不敏感的缺陷，不是在midgap能量。这可以导致长寿命，这表明低声子能量可能是具有金属卤化物钙钛矿的光电子器件的高性能的重要因素。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Precise Optical Measurement of Carrier Mobilities Using Z-scanning Laser Photoreflectance
本文介绍了一种简单而精确的测量半导体双极载流子迁移率的光学技术。在光反射系统中使用紧密聚焦的高斯激光束，测量调制反射率信号作为样品离焦点的Z（纵向）位移的函数。反射的探测光束的调制分量是高斯光束，其轮廓由焦点参数和复扩散长度决定。反射的探测光束被收集并输入到检测器，从而在光束的径向轮廓上积分。这导致在扩散长度和复合寿命方面的信号的Z依赖性的解析表达式。扩散长度和复合寿命的最佳拟合值通过迭代拟合过程获得。输出扩散长度和复合寿命及其估计的不确定性结合根据爱因斯坦关系产生的迁移率和它的不确定性。
2017-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Discovery of the Zintl-phosphide BaCd$_{2}$P$_{2}$ as a long carrier lifetime and stable solar absorber
本研究通过第一性原理高通量筛选约40,000种材料并结合实验验证，发现BaCd$_{2}$P$_{2}$是稳定、无关键元素且载流子寿命长达30 ns的高效太阳能吸收材料。
2023-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous phonon lifetime shortening in paramagnetic CrN caused by magneto-lattice coupling: A combined spin and ab initio molecular dynamics study
本文采用原子自旋动力学和从头算分子动力学相结合的方法研究了顺磁性CrN中自旋涨落和晶格振动的相互耦合。两个自由度动态耦合，导致非绝热效应。与绝热方法相比，这些效应抑制了低温下的声子寿命。在这里确定的动态耦合提供了一个解释实验观察到的意外的温度依赖性的磁性半导体的热传导率高于磁有序温度。
2018-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Interlayer Coupling on Hot Carrier Dynamics in Graphene-derived van der Waals Heterostructures
石墨烯有望成为一种具有高模式限制的等离子体材料，可以实现高效的热载流子提取。我们调查的寿命和平均自由路径的高能载流子在独立的石墨烯，石墨和异质结构组成的交替石墨烯和六方氮化硼层使用从头计算的电子-电子和电子-声子散射在这些材料。我们发现，极高的寿命（3 ps）的低能量载流子附近的狄拉克点在石墨烯，这是一百倍以上的贵金属，减少了一个数量级，由于层间耦合在石墨，但增强的异质结构，由于声子模式钳位。然而，这些寿命随着载流子能量的增加而急剧下降，并且在能量超过0.5 eV时小于贵金属中的寿命。通过分析不同的散射机制和层间相互作用的贡献，我们确定了理想的间隔层特性-高介电常数和重原子-这可以为具有改进的热载流子传输的等离子体异质结构铺平道路。
2016-12-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Nongeminate Recombination in Planar and Bulk Heterojunction Organic Solar Cells
本文研究了酞菁铜（CuPc）和C $_{60}$有机太阳能电池中的非共轭复合。两种器件结构，平面异质结（PHJ）和体异质结（BHJ），直接比较鉴于载流子衰减动力学的差异。我们应用瞬态光电压（TPV）实验的组合，产生的小扰动载流子寿命，和电荷提取测量，提供的载流子密度。在有机太阳能电池中，电荷光生和复合主要发生在供体-受体异质界面处。而BHJ往往可以近似为一个有效的介质，由于相当小的规模相分离，PHJ有一个明确的二维异质界面。为了研究PHJ器件中的复合动力学，最相关的是在该界面处的电荷积累。从提取技术，只有空间平均载流子浓度可以确定，我们得出的电荷载流子密度在界面$n_{int}$从开路电压。通过与宏观器件模拟结果的比较，讨论了CuPc：C $_{60}$ PHJ和BHJ器件中复合和载流子密度的差异对器件性能的影响。在低光强度下，BHJ的开路电压大于PHJ的开路电压，但在0.3太阳下，情况相反：在这里，PHJ最终可以利用其通常较长的载流子寿命，因为活性复合区域较小。
2021-06-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Carbon Irradiated SI-GaAs for Photoconductive THz Detection
我们在这里报告了一种光电导材料的太赫兹产生和检测与亚皮秒载流子寿命的C12（碳）照射商业上可用的半绝缘（SI）GaAs。我们能够降低载流子寿命的SI-GaAs下到亚皮秒，通过照射它与不同剂量的碳（C12）离子。随着辐照剂量从~1012 /cm ~ 2增加到~1015 /cm ~ 2，SI-GaAs的载流子寿命单调下降到0.55皮秒，与普通SI-GaAs相比，SI-GaAs的THz脉冲探测性能得到了显著提高。
2014-09-21 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Electrical control of spin coherence in ZnO
利用时间分辨法拉第旋转谱研究了分子束外延生长的n型ZnO外延层中电场增强的电子自旋相干性。面内直流电场E几乎使20 K下的横向自旋寿命加倍，而不影响有效g因子。这种效应一直持续到高温，但随着载流子浓度的增加而减小。自旋寿命、载流子复合寿命和光致发光寿命变化的比较表明，外加电场增强了辐射复合速率。所有观察到的效果是独立的晶体方向性，并在低磁场（B < 0.2 T）。
2008-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Non-Adiabatic Vibrational Damping of Molecular Adsorbates: Insights into Electronic Friction and the Role of Electronic Coherence
基于含时密度泛函理论，我们提出了一种微扰方法来计算金属表面吸附物非绝热振动阻尼过程中的电子空穴对激发谱。我们对基准系统CO在Cu（100）和Pt（111）上的分析阐明了相当短的电子相干时间的惊人的强烈影响。我们演示了如何在短的电子相干时间的限制，隐含地假设在流行的量子核理论的振动寿命以及电子摩擦，能带结构的影响被洗出来。我们的研究结果表明，更准确的寿命或化学电流的实验测量可以表征电子相干性。
2017-09-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Probing the carrier dynamics of polymer composites with single and hybrid carbon nanotube fillers for improved thermoelectric performance
碳纳米管（CNT）在聚合物基质中的掺入为先进热电（TE）复合材料的开发提供了一个很好的平台。多年来，已经研究了几种CNT/聚合物复合材料配方，以最大限度地提高TE性能。同时，一些研究集中在CNT本身内的带电激子的衰减动力学和由此衍生的结构，旨在研究自由载流子的寿命和相应的复合过程。后一种物理现象在各种类型的能量转换和清除材料的性能中起着至关重要的作用。然而，到目前为止，还没有系统的研究组合的TE参数和关键的载流子动力学CNT内含有TE聚合物复合材料。在此，通过小规模熔融混合制备了基于聚碳酸酯（PC）和聚醚醚酮（PEEK）聚合物基体的具有单一和混杂CNT填料的各种复合材料。在相同的负载量下，与使用混合填料系统相比，在PC中添加单一填料导致更高的塞贝克系数和相似的电导率。相比之下，在PEEK复合材料中使用混合填料系统，可以达到比单一填料复合材料更高的功率因数。此外，利用超快激光时间分辨瞬态吸收光谱（TAS）研究了PC基复合材料的激子寿命和TE薄膜中自由载流子输运的物理起源。这项研究的结果揭示了有趣的TE参数和获得的载流子动力学之间的联系。
2022-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Carrier relaxation mechanisms in self-assembled (In,Ga)As/GaAs quantum dots: Efficient P -> S Auger relaxation of electrons
采用原子赝势方法计算了透镜状自组装（In，Ga）As/GaAs量子点中由于俄歇电子-空穴散射引起的电子P-壳层到S-壳层的衰变寿命τ（P->S）.我们发现这种弛豫机制导致不同尺寸的量子点的τ（P->S）~1-7 ps的快速衰减。我们计算的俄歇型P壳层到S壳层的衰变寿命τ（P->S）与（In，Ga）As/GaAs点的数据比较好，表明只要空穴存在，就不需要另一种极化子机制。
2006-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Superior Photo-carrier Diffusion Dynamics in Organic-inorganic Hybrid Perovskites Revealed by Spatiotemporal Conductivity Imaging
有机-无机金属三卤化物太阳能电池的优异性能得益于材料中电子和空穴的优异光物理性能。在这里，我们直接探测的自由载流子动力学Cs掺杂FAPbI 3薄膜的时空光电导成像。使用电荷传输层选择性地淬火一种类型的载流子，我们表明，在1微秒和10微秒的顺序上的两个弛豫时间对应于FACsPbI 3中的电子和空穴的寿命，分别。引人注目的是，扩散映射表明电子/空穴寿命的差异在很大程度上由它们不同的迁移率补偿。因此，两种载流子的长扩散长度（3 ~ 5 μ m）彼此相当，这一特征与混合三卤化物钙钛矿中独特的电荷捕获和去捕获过程密切相关。我们的研究结果揭示了这种材料优越的扩散动力学的起源，这对太阳能电池应用至关重要。
2021-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phonon Lifetimes and Thermal Conductivity of the Molecular Crystal $α$-RDX
采用三种基于声子的导热模型对有机分子晶体$α$ -RDX的传热性能进行了研究。研究发现，广泛使用的Peierls-Boltzmann模型在结晶材料中的热输运打破了$α$ -RDX。我们表明，这种故障是由于一个很大程度的非谐性，导致扩散类载流子的主导地位。尽管是针对无序系统发展的，但艾伦-费尔德曼导热理论实际上给出了热输运的最佳描述。这可能是因为扩散载体贡献了$α$ -RDX中超过95%的热导率。扩散载流子的优势大于以前在其他完全有序的晶体系统中观察到的。这些结果表明，范德华键合的有机结晶固体以比简单原子晶体更类似于无定形材料的方式导热。
2019-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Stable partial dislocation complexes in GaN as charge carrier lifetime modifiers for terahertz device applications by molecular dynamics and first-principle simulations
V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院V.拉什卡廖夫半导体物理研究所）；Educational Scientific Institute of High Technologies, Taras Shevchenko National University of Kyiv（基辅塔拉斯舍甫琴科国立大学高等技术教育科学研究所）；National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”（乌克兰国立伊戈尔·西科尔斯基基辅理工学院）；University of Rome “Tor Vergata”（罗马托维尔加塔大学）
通过分子动力学和第一性原理模拟研究了氮化镓中稳定部分位错复合物的形成与稳定性，发现其可作为载流子寿命修饰剂，用于太赫兹器件应用。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Significant reduction of lattice thermal conductivity by electron-phonon interaction in silicon with high carrier concentrations: a first-principles study
电子-声子相互作用对金属和半导体中的电子输运产生了很大的阻碍作用，但对电子-声子相互作用对声子输运的影响，特别是对半导体中声子输运的影响研究较少。我们计算的声子寿命由于散射与电子（或空穴），将它们与本征寿命由于非谐声子-声子相互作用，所有从第一性原理，并评估电子-声子相互作用对硅的晶格热导率的影响。出乎意料的是，我们发现当载流子浓度超过1 e19 cm-3时，室温下的晶格热导率显著降低（在p型硅中，在1 e21 cm-3左右降低高达45%），这是与热电材料具有很大技术相关性的范围。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of Photoinduced Charge Carriers in Metal-Halide Perovskites
本研究通过TRMCD测量与分析，揭示CsPbBr_3中陷阱捕获主导导致超长载流子寿命，并探讨其在光伏限制及多种替代应用中的潜力。
2024-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Probing carrier interactions using electron hydrodynamics
电子流体动力学出现时，动量松弛散射过程是缓慢的动量守恒相比。虽然满足这一条件所需的微观细节是特定于材料的，但实验上可获得的电流密度具有显着的相似性。我们研究了电子流体动力学流动的依赖于动量弛豫和动量守恒散射过程中的微观不可知的方式。我们开发了一个框架，用于生成随机碰撞算子，尊重晶体对称性和守恒定律，并有一个可调的动量守恒和动量松弛寿命之间的比率。使用这些碰撞算子的各种随机实例，我们计算宏观电子粘度张量和解决玻尔兹曼输运方程（BTE）在一个网格的动量守恒和动量弛豫寿命的通道几何形状，并为不同的晶体对称群。我们发现，不同的随机碰撞算子使用相同的寿命产生非常相似的电流密度分布，这意味着电流密度主要是一个探针的整体动量守恒和弛豫率。相比之下，粘度张量在固定的寿命内变化很大，这意味着像沟道电阻这样的特性提供了对潜在散射过程的详细探测。这表明，虽然散射过程的细节是印在电子粘度张量，对于许多应用的流体动力学电子流的理论计算可以使用实验上可用的寿命内的空间分辨BTE框架，而不是需要昂贵的从头计算碰撞算子。
2022-04-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
