Improved quasiparticle self-consistent electronic band structure and excitons in $β$-LiGaO$_2$
采用含电子-空穴梯形图的QSĜŴ方法改进计算β-LiGaO₂能带，获得约7.0 eV带隙及约6.0 eV激子带隙，并揭示各向异性修正的类里德伯激子态。
2023-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Shift current bulk photovoltaic effect influenced by quasiparticles and excitons
考虑准粒子修正和激子效应，计算了BaTiO $_3$和二维单硫族化合物SnSe的位移电流体光伏效应.我们探讨了由于能带重整化而引起的位移电流峰位和幅度减小的变化。对于钛酸钡$_3$，我们证明，由于激子效应的带边附近的位移电流减少。这些结果与BaTiO $_3$上的实验的比较表明，机制以外的移位电流可能有助于BPVE。此外，我们发现，带隙附近的位移电流显示只有一个小的变化，由于激子在二维SnSe，这表明薄膜的几何形状提供了一个可行的方法来减少激子效应的位移电流。这些结果表明，多体校正对于准确评估大块光伏材料和理解BPVE背后的机制非常重要
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Stacking enabled strong coupling of atomic motion to interlayer excitons in van der Waals heterojunction photodiodes
通过对WSe $_2$ /MoSe $_2$异质结光电二极管的光电流测量，揭示了原子运动与层间激子的叠加诱导强耦合.强耦合表现为明显的周期性边带的光电流光谱中的频率窗口接近层间激子共振。的边带，重复在大片的层间激子光电流谱，发生在能量增量直接对应于一个突出的异质结的振动模式。这种周期性的图案，连同层间光电导振荡，生动地展示了非常强的激子-声子耦合的出现-及其对层间激发的影响-在堆叠工程范德华异质结构器件。我们的研究结果建立光电流光谱作为一个强大的工具，询问层间激子的振动耦合，并提出了一个新兴的战略，以控制振动物理在固态。
2020-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stacking up electron-rich and electron-deficient monolayers to achieve extraordinary mid- to far-infrared excitonic absorption: Interlayer excitons in the C3B/C3N bilayer
本研究通过高精度多体微扰理论预测，富电子C3N与缺电子C3B构成的二维II型范德华异质结可产生高亮度、大结合能的低能层间激子，为中远红外/太赫兹波段的室温应用提供理想材料候选。
2022-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Controlling interlayer excitons in MoS2 layers grown by chemical vapor deposition
将MoS $_2$单层组合以形成多层允许获得新的功能。在这项工作中，我们研究的堆叠顺序和层间耦合的价态在MoS $_2$同质双层样品的化学气相沉积（CVD）生长和人工堆叠的CVD单层双层之间的相关性。我们表明，空穴离域的双层是允许在2 H堆叠，并在较强的层间激子吸收的结果，也在一个更大的A-B激子分离相比，3R双层，其中空穴和电子都被限制在各个层。比较2 H和3R反射率光谱允许提取约$t_\perp=49$ meV的层间耦合能量。获得非常相似的结果为生长和人工堆叠的双层是有希望的组装大面积范德华结构与CVD材料，使用层间激子吸收和A-B激子分离作为层间耦合的指标。除了DFT计算，包括激子效应确认签名的有效层间耦合2 H堆叠与我们的实验一致。
2020-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Stacking-dependent exciton multiplicity in WSe$_2$ bilayers
原子级薄二维材料的扭曲层实现了广泛的新型量子材料，这些材料具有由自旋和谷自由度以及杂交层间带中的强电子相关性产生的工程光学和输运现象。在这里，我们报告的实验和理论研究的WSe $_2$同质双层中获得的两个稳定的配置的2H（$60^\circ$扭曲）和3R（$0^\circ$扭曲）堆叠通过控制化学气相合成高品质的大面积晶体。利用低温下的光吸收和光致发光光谱，我们揭示了2H和3R双层WSe $_2$的光学特性的显着差异，我们解释的基础上超越DFT理论计算。我们的研究结果突出了层堆叠的作用，在吸收的动量直接层内激子跃迁的光谱多重性，并与多重性的声子边带的光致发光的动量间接激子具有不同的自旋谷和层的字符。我们的全面研究推广到其他层状的同质双层和异质双层半导体系统，并强调了晶体对称性和堆叠层间混合态的作用。
2021-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct and indirect excitons in boron nitride polymorphs: a story of atomic configuration and electronic correlation
本文计算和讨论了六方氮化硼（hBN）的单层结构和三种体相（通常的AA'堆积、Bernal AB和菱面体ABC）的电子能带结构和激子色散。重点研究了原子组态和电子空穴相互作用引起的电子能带结构和激子色散的变化。计算是在\textit{ab initio}多体微扰理论（GW和Bethe Salpeter方程）的水平上进行的，采用了适当的紧束缚模型。我们证实了从直接到间接的电子间隙的变化时，从单层到散装系统，我们给出了一个详细的说明其起源，通过比较不同的堆叠顺序的效果。我们强调，电子-空穴相互作用的列入是至关重要的正确描述的动量依赖的色散的激发。它是激子色散相对于从独立粒子图像中的激发色散获得的激子色散。在AB堆叠中，这种效应是特别重要的，因为尽管间接的电子带隙，最低的激子被预测为直接的。
2018-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Band structure and excitonic properties of WSe$_2$ in the isolated monolayer limit in an all-electron approach
本文用全电子QSGW和Bethe-Salpeter方程研究单层WSe2的能带与激子性质，揭示准粒子带隙随真空距离按1/d变化，激子峰收敛更快，并结合自旋轨道耦合与二维Wannier-Mott理论解释了激子谱。
2024-02-27 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 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
Quasiparticle and Excitonic Structures of Few-layer and Bulk GaSe: Interlayer Coupling, Self-energy, and Electron-hole Interaction
本研究通过GW加Bethe-Salpeter方程计算，系统分析少层到体相GaSe的激子特性，揭示层间耦合对能带和光致发光的调控机制，解释实验差异。
2024-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic screening of quasiparticles in WS$_2$ monolayers
我们揭示了准粒子屏蔽对单层WS $_2$非平衡激子动力学的影响。我们报告泵浦光子能量依赖的激子蓝移和红移的时间分辨反射率对比度测量。基于唯象模型，我们分离出激子和自由载流子对准自由粒子带隙、激子结合能和线宽展宽的重整化的有效影响。通过这一点，我们的工作不仅提供了一个全面的图片的竞争现象，在WS $_2$光激发时的激子动力学，但也表明，激子和载流子的库仑相互作用的动态屏蔽的贡献显着不同。
2023-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tailoring excitonic states of van der Waals bilayers through stacking configuration, band alignment and valley-spin
单层半导体中的激子由于与光场的强耦合而具有大的光学跃迁偶极。异质双层中的层间激子具有电子和空穴组分的层分离，其特征在于大的电偶极子，其能够实现与电场的强耦合和激子-激子相互作用，代价是光学偶极子基本上被猝灭（几个数量级）。在这封信中，我们证明了在过渡金属二硫属化物（TMD）异质和同质双层中创建一类新激子的能力，该双层结合了单层和层间激子的优点，即具有大的光偶极子和大的电偶极子。这些激子由被很好地限制在单个层中的电子和在两个层中很好地延伸的空穴组成，在此通过载体物种特异性层杂交来实现，所述载体物种特异性层杂交通过旋转、平移、带偏移和谷自旋自由度的相互作用来控制。我们在不同的异质双层和均质双层系统中观察到不同种类的这种层杂化谷激子，其可用于实现强相互作用激子/极化激子气体，以及具有能量上转换或下转换的双向层间载流子转移的光量子相干控制。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Angle resolved photon spectrum and quasiparticle excitation spectrum in an exciton superfluid
在低于液氦温度的半导体电子-空穴双层系统中，人们对激子超流体进行了广泛的实验研究。然而，激子超流体是亚稳态的，最终会通过发射光子而衰变。在这里，我们表明，从激子超流体发出的光具有独特的和不寻常的功能，不共享任何其他原子或凝聚态物质系统。我们计算了激子超流体中的角分辨光子谱、动量分布曲线、能量分布曲线和准粒子激发谱，并对激子和激子-极化激元系统的相关实验数据进行了评述。
2009-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Sum-over-states vs quasiparticle pictures of coherent correlation spectroscopy of excitons in semiconductors; femtosecond analogues of multidimensional NMR
基于激子对超快脉冲序列的非线性光学响应的二维相关光谱（2DCS）具有提供半导体中载流子动力学的一些独特见解的潜力。2DCS最突出的特征，交叉峰，可以最好地理解使用涉及多体本征态的状态求和图。然而，半导体的光学响应通常通过求解动力学变量的截断运动方程来计算，这导致准粒子图像。在这项工作中，我们推导出格林函数表达式的四波混频信号产生的各个相位匹配方向，并使用它们来建立两个图片之间的连接。指出了与Frenkel激子（硬核玻色子）和振动激子（软核玻色子）的形式联系。
2007-04-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Semianalytical study of excitons and quasiparticle band gap in two-dimensional insulators
在紧束缚近似下，对二维六方氮化硼单层膜中激子的束缚能进行了理论研究。导出了带间电子-空穴传播子的自洽方程，并在长波长范围内近似为标准氢原子的薛定谔方程。结果表明，在阶梯项中加入动态屏蔽库仑相互作用对正确描述激子结合能是至关重要的。这导致了自洽的本征值问题与动态屏蔽。研究了激子能量与轨道量子数的关系。我们预言，对于固定的主量子数，具有高轨道动量的态比具有低轨道动量的态具有低能量。利用导出的公式和实验光学带隙估算了准粒子带隙。在高极化率的限制下，采用半经典方法计算了激子的结合能。的TBA参数化支持从头计算。
2018-03-25 cond-mat.mes-hall 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
Prediction of protected band edge states and dielectric tunable quasiparticle and excitonic properties of monolayer MoSi$_2$N$_4$
二维（2D）材料的电子结构固有地易于受到环境扰动，这可能对其在电子或光电子器件中的应用构成重大挑战。二维材料通过两种机制与环境耦合：局部化学耦合和非局部介电屏蔽效应。局部化学偶联通常难以通过实验预测或控制。另一方面，非局部介电屏蔽可以通过以可控方式选择衬底或层厚度来调谐。因此，引人注目的2D电子材料应该提供对局部化学耦合效应鲁棒的带边状态。在这里，它表明，最近合成的MoSi $_2$ N $_4$是一个理想的二维半导体与强大的带边态保护反复无常的环境化学耦合效应。详细的多体微扰理论计算说明了MoSi $_2$ N $_4$的带边态是如何被屏蔽的直接化学耦合效应，但其准粒子和激子的性质可以通过非局域介电屏蔽效应调制。这种独特的性质，以及这种材料的适度带隙和热力学和机械稳定性，为MoSi $_2$ N $_4$在能源、2D电子学和光电子学等领域的一系列应用铺平了道路。
2022-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Optical Imaging of 2D Semiconductor Stacking Orders by Exciton-Enhanced Second Harmonic Generation
二次谐波产生（SHG）是一种非线性光学响应，完全由电偶极极限下的反转对称性破缺引起。近年来，二次谐波作为表征晶体对称性和量子材料中新出现的铁性或拓扑有序的一种多功能和非侵入性的工具，引起了人们的广泛兴趣。然而，传统的远场光学无法探测深亚波长尺度的局部对称性。在这里，我们展示了近场SHG成像的二维半导体和异质结构的空间分辨率下降到20 nm，使用散射型纳米光学装置。我们发现，近场倍频效率大大提高了原子薄的过渡金属二硫属化物中的激子。此外，通过相关的非线性和线性散射型纳米成像，我们解决了双层WSe 2的层间堆叠顺序的纳米尺度变化，并揭示了堆叠调谐激子光物质相互作用。我们的工作展示了在纳米尺度上对晶体对称性和结构-性质关系的非线性光学询问，这些关系与量子材料中的新兴性质有关。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
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
Phason-mediated interlayer exciton diffusion in WS2/WSe2 moiré heterostructure
二维材料中的莫尔势已被证明对于充分理解范德华异质结构的电子结构具有根本的重要性，从超导性到相关激子态。然而，理解莫尔声子（所谓的相位子）如何影响系统的性质仍然是一个未知的领域。在这项工作中，我们演示了如何相位子是完整的，以正确地描述和理解低温层间激子扩散WS 2/WSe 2异质结构。我们进行光致发光（PL）光谱，以了解层之间的耦合，其相对取向的影响，影响系统的激子特性。考虑到两个常见的莫尔电位分布的堆叠角依赖性，研究了堆叠角为0°和60°的样品。此外，我们提出了空间和时间分辨的激子扩散测量，在30 K至250 K的温度范围内的光致发光发射。通过密度泛函理论（DFT）计算，计算了两种构型的精确势。最后，我们进行分子动力学模拟，以可视化的相位子运动，估计相位子在不同温度下的速度，提供新的见解激子在低温下的传播机制，不能单独解释的经典激子扩散的框架内。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Interlayer Coupling and Excitons in Twin-Stacked Two-Dimensional Magnetic CrSBr Bilayers
University of California at Berkeley（加州大学伯克利分校）
研究通过双堆叠CrSBr双层实现增强的层间耦合与激子特性，揭示了旋转角度、磁性和激子性质的相互作用。
2026-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Rearrangement collision theory of phonon-driven exciton dissociation
本文提出多通道散射的严格形式，扩展戴森S矩阵方法，推导声子介导激子解离速率的严格表达式，确保能量守恒并适用于从头算，在三维模型中比较了不同散射通道的温度依赖速率。
2024-05-22 cond-mat.mtrl-sci
2D Excitonics with Atomically Thin Lateral Heterostructures
TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Philipps-Universität Marburg（马尔堡大学）；CEMES-CNRS, Université de Toulouse（图卢兹大学CNRS固体电子学中心）；Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Institute of Electronic Structure and Laser, Foundation for Research and Technology-Hellas（希腊研究与技术基金会电子结构与激光研究所）；National Institute for Materials Science（日本物质材料研究机构）；Indian Institute of Technology Kharagpur（印度理工学院卡拉格普尔分校）；Université de Toulouse, INSA-CNRS-UPS, LPCNO（图卢兹大学INSA-CNRS-UPS LPCNO实验室）
本文综述了基于TMD的原子级薄横向异质结构中的激子动力学与光谱学进展，重点介绍了电荷转移激子、单向输运和激子透镜等独特现象及其未来发展方向。
2025-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic Properties and Excitons in Hybridized Boron Nitride and Graphene Hexagonal Monolayers
本文用密度泛函理论、GW和Bethe-Salpeter方程计算解释了碳-硼氮化物（CBN）杂化单分子膜的电子带隙和光吸收谱的性质。CBN的光电性能的结果从整体单层能带结构，其准粒子状态的控制由C域的大小和谎言在单独的能量为C和BN没有显着的混合在带边，证实了存在强烈的约束明亮的激子状态本地化的C域。由此产生的吸收光谱显示出两个显着的峰，其能量和相对强度随组合物在协议的实验，与大的补偿准粒子和激子修正相比，DFT计算。带隙和光吸收不受单层组合物调节，通常用于大块半导体合金，并且不能被理解为块状C和BN域的性质的叠加，如最近的实验所建议的。
2012-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Structural Distortions Control Scaling of Exciton Binding Energies in Two-Dimensional Ag/Bi Double Perovskites
针对Ag/Bi基二维双钙钛矿激子结合能随层厚变化的反常趋势，研究通过从头算多体微扰理论发现结构畸变是主因，明确了层间距、堆叠的影响，为层状无铅钙钛矿激子特性调控提供设计原则。
2025-07-31 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
Two-Dimensional Valley Electrons and Excitons in Noncentrosymmetric 3R MoS$_{2}$
我们发现，当MoS层$_{2}$遵循3R堆叠时，谷电子的运动-靠近布里渊区的${\rm K}$和${\rm K'}$点的电子态-被限制在二维中，而在2 H多型体中，带在所有三维中都有色散。根据第一性原理能带结构计算，3R-MoS $_{2}$的谷态没有层间跃迁，这是Bloch函数旋转对称性的结果.通过测量反射率谱和分析各向异性氢原子模型，证实了3R-MoS $_{2}$中的谷激子具有二维类氢光谱序列，并且波函数的扩展小于层间距.相反，在2 H-MoS $_{2}$的谷激子很好地描述了三维模型，因此不局限于一个单一的层。我们的研究结果表明，谷自由度的维数可以简单地控制堆叠的几何形状，这可以利用在未来的valleytronics。
2015-07-11 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Giant moire trapping of excitons in twisted hBN
范德华（vdW）堆叠界面中的激子可以被捕获在有序的莫尔势阵列中，从而引起量子光学和玻色子多体效应的吸引力现象。与目前流行的过渡金属二硫属化物（TMD）体系相比，由于具有宽禁带和低介电常数的特性，扭曲堆叠的六方氮化硼（hBN）中的激子被捕获在更深的莫尔势中，增强了相互作用的强度。然而，由于深紫外（DUV）波段弱光发射的低探测率，twisthBN中的莫尔激子仍然难以捉摸。在这里，我们报告说，一个显着的DUV发射带（峰值位于~260 nm）只出现在扭曲的hBN的堆叠区域，这是由高收集效率和空间分辨阴极射线发光（CL）在室温下进行。与体相hBN的缺陷束缚激子相比，显著的峰红移表明了激子的莫尔势的巨大捕获效应。深陷激子的观测激发了基于twist-hBN系统的玻色子强关联物理的进一步研究。
2021-12-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Stacking Order Driven Optical Properties and Carrier Dynamics in ReS2
两个不同的堆叠顺序ReS 2确定没有歧义和振动，光学性质和载流子动力学的影响进行了研究。与原子分辨率扫描透射电子显微镜（STEM），两个堆叠顺序被确定为AA堆叠与跨层的位移可以忽略不计，和AB堆叠与约一个单元格沿a轴的位移。第一性原理计算证实，这两个堆叠顺序对应于两个本地的能量最小值。拉曼光谱告知模式I和III的一致差异，AA堆叠约为13 cm-1，AB堆叠约为20 cm-1，这是确定ReS 2中堆叠顺序的简单工具。偏振光致发光（PL）显示，AB堆叠具有蓝移的PL峰位，和更宽的峰宽度，相比AA堆叠，表明更强的层间相互作用。飞秒泵浦探测光谱测量的瞬态透射表明，在AB堆叠中激子动力学更各向异性，其中当探测偏振垂直于b轴对齐时，与Exc. III模式相关的激发态吸收消失。我们的研究结果强调了ReS 2的堆叠顺序驱动的光学特性和载流子动力学，调解了文献中许多看似矛盾的结果，并开辟了一个机会，通过操纵堆叠顺序来设计具有新功能的电子器件。
2020-01-21 cond-mat.mtrl-sci
The exciton-polariton properties of hexagonal BN based microcavity and their potential applications in BEC and superconductivity
微腔激子-极化激元是由激子和光子组成的二维玻色准粒子。利用从头算密度泛函理论和Bathe-Salpeter方程计算得到的模型哈密顿量，研究了六方氮化硼（hBN）微腔的激子和激子-极化激元特性.我们表明，hBN基微腔，包括单层和全介质的，是有前途的光电应用。室温激子-极化激元玻色-爱因斯坦凝聚是由于激子具有很大的振荡强度和束缚能，以及激子-极化激元与纵光学声子之间的强相互作用而实现的。基于这种BEC态，利用Laussy等人提出的微腔结构也可以在这样的中温下制备激子-极化激元介导的超导器件。
2021-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Band structure and carrier effective masses of boron arsenide: effects of quasiparticle and spin-orbit coupling corrections
我们确定的基本电子和光学性质的高热导率的III-V族半导体砷化硼（BAs）使用密度泛函和多体微扰理论，包括准粒子和自旋轨道耦合修正。我们发现，基本的带隙是间接的值为2.049 eV，而最小的直接带隙的值为4.135 eV。我们计算了载流子的有效质量，并报告了空穴比电子更小的值，这表明空穴迁移率更高，p型掺杂更容易。静态介电常数和高频介电常数之间的小差异表明BA仅为弱离子。我们还观察到，介电函数的虚部表现出强吸收峰，这对应于能带结构中的平行带。我们估计的激子结合能为43毫电子伏表明，激子是相对稳定的，在室温下对热解离。我们的工作提供了理论见解的基本电子性质的BA指导实验表征和设备的应用。
2019-01-15 cond-mat.mtrl-sci
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 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
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
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
Exploration of the bright and dark exciton landscape and fine structure of MoS$_2$ (using G$_0$W$_0$-BSE)
过渡金属二硫族化合物中暗激子和亮激子之间的光谱有序性在光电应用中越来越受到关注。然而，很少有人知道暗激子的能量和它们的结合能。本文采用Single Shot GW-Bethe Salpeter方程（G $_{0}$ W $_{0}$ -BSE）计算了MoSPDMATHABMM单层膜的激子形貌，包括动量禁戒暗激子.我们发现最低能量激子在（$\textrm K'_{v} \rightarrow \textrm K_{c}$）处是间接的，与最近的GdW-BSE计算一致[2D Mater. 6，035003（2019）]。我们还发现，由大，暗激子结合能（$E_b$）规模与准粒子能量（$E_g$）根据$E_b/E_g=0.25$规则。激子结合能的差异解释使用轨道理论。
2019-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-Photonics: From Fundamental Science to Applications
从0 D量子点和分子到3D大块晶体的所有维度的半导体都支持被称为激子的束缚电子-空穴对准粒子。在过去的二十年中，各种支持激子的低维半导体的出现，结合纳米光学和光子学的进步，已经兴起了一个新的研究领域，该领域专注于激子和光子之间的工程，成像和调制耦合，导致形成称为激子-极化激元的混合准粒子。这一新领域有可能带来量子光学和经典光电子器件的范式转变。在这里，我们提出了一个审查的激子半导体和调查的独特性质的混合准粒子通过远场和近场成像和光谱技术的光耦合。特别强调的是最近的进展与关键的评估瓶颈困扰各种材料走向实际设备的实现，包括量子光源。我们的评论强调了激子材料的发展与光学工程和成像技术，以利用激子及其主体材料的各种应用的效用越来越需要。
2021-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Remarkable effect of stacking on the electronic and optical properties of few layer black phosphorus
采用密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了双层和三层黑磷的堆积层数和堆积类型对其电子和光学性质的影响.我们发现，包括许多身体效应（即，电子-电子和电子-空穴相互作用）强烈地改变了黑磷的电子和光学性质。虽然三层黑磷具有特定的堆叠类型被发现是一种金属，通过使用半局域泛函，它被预测为具有0.82 eV的电子带隙时，多体效应被考虑在内的G 0 W 0计划。虽然不同的堆叠类型导致类似的能量，带隙的大小和双层和三层磷烯的光学响应是非常敏感的层数和堆叠类型。无论层数和堆叠类型如何，双层和三层黑磷都是直接带隙半导体，其带隙在0.3 eV的范围内变化。双层和三层黑磷中不同于基态结构的堆积效应显著地改变了锯齿形方向上的价带，导致更大的空穴有效质量。双层（三层）黑磷的光学带隙在改变堆叠类型时变化0.4（0.6）eV。由于强的层间相互作用，一些堆叠阻碍了观察准粒子带隙内束缚激子的光激发。在其他堆叠中，束缚激子的结合能几乎不随堆叠类型而变化，并且发现双层（三层）磷的结合能为0.44（0.30）eV。
2015-06-15 cond-mat.mes-hall 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
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
Modulated Interlayer Exciton Properties in a Two-Dimensional Moire Crystal
扭曲范德华异质结构和相应的超晶格，莫尔超晶格，是显着的新材料平台，其中电子相互作用和激发态特性可以工程。特别地，相邻层之间的能带偏移可以分离激发的电子和空穴，形成表现出独特光学性质的层间激子。在这项工作中，我们采用第一性原理的GW-Bethe-Salpeter方程（BSE）方法来计算准粒子带隙，层间激子，以及它们的调制激发态的属性扭曲MoSe 2/WSe 2双层目前广泛的兴趣。除了与测量的层间激子能量取得良好一致外，我们还预测准粒子能量和层间激子能量的横向量子限制超过100 meV，指导寻找局域量子发射体和模拟二维扭曲结构中的哈伯德模型。此外，我们发现层间激子的光偶极振子强度和辐射寿命在莫尔超晶胞中被调制了几个数量级，突出了使用莫尔晶体来设计光电应用的激子特性的潜力。
2019-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Probing correlations in the exciton landscape of a moiré heterostructure
本研究利用时间分辨光电子能谱观测II型莫尔异质结构中空穴超快转移导致的电子能量亚200 fs上移，揭示激子电子—空穴关联并提供探测隐藏关联态的新手段。
2023-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Brightening dark excitons and trions in systems with a Mexican-hat energy dispersion: example of InSe
本文以单层 InSe 为例，用变分法研究墨西哥帽型色散二维材料中动量暗激子与三激子的性质，并分析声子耦合点亮机制及光致发光光谱，为光电器件利用暗激子开辟新方向。
2025-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical gap renormalization in carbon nanotubes near a metallic surface
采用GW和Bethe-Salpeter方法中新实现的嵌入方法，在多体体系中研究了金属表面附近碳纳米管中准粒子和激子的重整化.半导体碳纳米管的准粒子带隙重整化的尺度为-1/2h_a，h_a为碳纳米管的表观高度，可以超过0.5eV。此外，激子的结合能在表面附近显著降低-高达75%。准粒子和激子效应之间的补偿导致光学带隙的微小变化。在建立这些效果的纳米管屏蔽响应所发挥的重要作用被强调和一个简单的静电模型，没有可调参数解释了国家的最先进的计算结果，并将其推广到各种各样的碳纳米管。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Delocalization of Quasiparticle Moiré States in Twisted Bilayer hBN
研究扭曲双层hBN中准粒子莫尔态的离域化，发现大扭曲体系中非局域长程相互作用无法用局部堆叠描述，带隙变化呈现多个随扭曲角变化的最小值，中等角度下带边QP杂化受抑制，最大体系中两个局部最小值简并。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
