Excitonic instability in optically-pumped three-dimensional Dirac materials
最近有人提出，瞬态激子不稳定性可以在光泵二维（2D）狄拉克材料（DM）中实现，例如石墨烯和拓扑绝缘体表面态。在这里，我们讨论了实现瞬态激子凝聚在光泵三维（3D）DM的可能性，如狄拉克和外尔半金属，所描述的光激发电子和空穴的非平衡化学势。与长程相互作用的平衡情况类似，我们发现，对于具有屏蔽库仑势的泵浦3D DM，存在两种可能的激子相，激子绝缘体相和电荷密度波相，分别来自结内和结间相互作用。在泵浦的情况下，激子不稳定性的临界耦合消失，因此，这两个阶段共存的任意弱耦合强度。在电荷密度波阶段激子能隙总是最大的。屏蔽效应与光抽运引起的态密度增加之间的竞争导致瞬态激子凝聚体的到达相图。基于屏蔽的静态理论，我们发现，在一定的无量纲耦合常数值的条件下，三维DM中的屏蔽可以弱于二维DM。此外，我们确定的瞬态激子凝聚体，可以探测扫描隧道光谱，光电发射和光学电导率测量的签名。最后，我们提供现有的和假设的三维DM的临界温度和激子间隙的估计。
2017-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of dynamical dielectric screening on the excitonic spectrum of monolayer semiconductors
本文提出动态Bethe-Salpeter方程数值求解新方法，揭示单层半导体中激子共振蓝移源于动态介电屏蔽，并阐明带隙重整化需同时考虑低频和高频介电常数。
2024-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning-Driven Insights into Excitonic Effects in 2D Materials
Lahore University of Management Sciences (LUMS)（拉合尔管理科学大学）；COMSATS University Islamabad, Lahore Campus（伊斯兰堡科姆斯特斯大学拉合尔校区）；Monash University（蒙纳士大学）
本研究提出基于机器学习的框架，用于高效预测二维材料的激子结合能，加速材料筛选并拓展至三维材料应用。
2025-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Bosonic behavior of excitons and screening: a consistent calculation
激子最近被证明在密度比莫特密度小一百倍时偏离纯玻色子。相应的计算依赖于未屏蔽的激子基态波函数。通过使用Hulthén势的基本本征函数，一致地包含屏蔽，证明了这种近似。
2001-09-27 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
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
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
Engineering bandgaps of monolayer MoS2 and WS2 on fluoropolymer substrates by electrostatically tuned many-body effects
本征电学和激子性质的单层过渡金属二硫属化物的CYTOP氟聚合物基板上进行了研究，大大抑制无意掺杂和介电屏蔽。采用固态回溯法在单层WS2中观察到双极输运行为。单层MoS2和WS2的激子性质由绷带重整化、泡利阻断和载流子屏蔽对载流子掺杂之间的复杂相互作用决定。
2016-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic Effects on Optical Absorption Spectra of Doped Graphene
利用第一性原理计算研究了掺杂石墨烯的多电子吸收光谱。由于掺杂石墨烯的屏蔽作用增强，自能修正和电子-空穴相互作用都降低了。然而，自能修正和激子效应几乎相互抵消，使得在不同的掺杂条件下，突出的光学吸收峰固定在4.5 eV附近。另一方面，在红外和可见光频率范围内（1 ~ 3 eV），观察到吸光度的意外增加。我们的分析表明，能带填充和电子-空穴相互作用的综合效应导致了激子对光吸收的增强效应。掺杂石墨烯的光吸收的这些独特变化对于理解相关实验和设计光电应用具有重要意义。
2011-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Bandgap renormalization and excitonic binding in T-shaped quantum wires
利用密度泛函理论计算了调制掺杂和门控的T型量子线的电子结构。我们计算的带隙重正化作为一个函数的导带电子的密度，诱导的施主层和/或栅极，为conventionally不变的线，将所有的增长和几何性质的结构完全。我们发现，大部分的带隙重正化来自交换相关效应，但也有一个小的移动，电子和空穴之间的波函数演化的差异的结果。我们计算的结合能的激子在电线，打破平移不变性，使用一个更简单的，圆柱形模型的电线。对于单个空穴和密度为n_e的一维电子气，激子结合能的屏蔽近似地补偿了带隙重整化，表明复合能随n_e近似地保持恒定，与实验一致。我们发现，屏蔽的性质，在我们的非线性模型中处理，是显着不同的各种线性屏蔽处理，和自由载流子状态与束缚电子状态的正交性有着深远的影响的屏蔽电荷。我们发现，对于密度不超过3 × 10^6 cm^{-1}的所有密度，电子和空穴都保持束缚状态，而且，随着n_e从零开始增加，可以形成三电子甚至“四电子”。
1999-08-25 cond-mat.mes-hall 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
Controlling Excitons in Quasi-1D Perovskites by Dielectric Screening and Connectivity
该研究采用GW近似和Bethe-Salpeter方程框架的第一性原理多体微扰理论，揭示一维限域、八面体连通性与介电屏蔽对准一维钙钛矿激子特性的影响，为相关材料设计和光学实验解读提供依据。
2025-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-Triplet Excitonic Insulator: The Case of Graphone
虽然在文献中已经研究了各种激子绝缘体，但由于感知到的自旋分裂太小，自旋三重态激子绝缘体是罕见的。然而，在二维系统中，如留声机，这是可能的，正如第一性原理计算结合贝特-萨尔彼得方程所揭示的那样。由有效哈密顿量给出的临界温度为11.5 K。虽然检测激子绝缘体仍然是一个艰巨的挑战，但三重态激子的凝聚将导致自旋超流性，这可以通过传输实验直接测量。非局域介电屏蔽还导致了一个意想不到的现象，即单粒子带和激子色散之间的间接到直接的跃迁交叉，这提供了另一个实验测试。
2020-03-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Effect of photoinduced screening on the spectroscopic signature of exciton-phonon coupling
本研究通过宽带瞬态反射光谱揭示了层状半导体中光致屏蔽对激子-声子耦合动力学的影响，发现光致屏蔽能促进该耦合过程，为超快时间尺度下激子共振及多体相互作用研究提供了新方案。
2025-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Phonon screening of excitons in atomically thin semiconductors
本研究通过第一性原理GW-BSE计算揭示了声子屏蔽对原子级薄半导体光学激发的显著影响，并发现通过结构工程可调控屏蔽程度，为结构、声子与激子相互作用提供了新见解。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon-mediated renormalization of exciton energies and absorption spectra in polar semiconductors
本研究基于第一性原理求解Bethe-Salpeter方程，揭示了极性半导体中由长程Fröhlich耦合主导的声子振动屏蔽对激子能量和吸收光谱的重整化作用，推进了对固体激子-声子耦合的基础理解。
2024-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Metal-nonmetal transition and excitonic ground state in InAs/InSb quantum dots
利用原子赝势和组态相互作用多体计算方法，预测了InAs/InSb量子点（QD）系统的金属-非金属跃迁和激子基态.对于大点，InAs点的导带最小值低于InSb基质的价带最大值。由于量子限制，在这里计算的各种形状的临界尺寸，单粒子间隙$E_g$变得非常小。强烈的电子-空穴相关效应是由电子和空穴波函数的空间接近引起的，并且由完全离散的0 D受限能级的存在所提供的强（激子解束缚）屏蔽的缺乏引起。这些相关效应克服了$E_g$，导致形成双激子基态（InAs中的两个电子和InSb中的两个空穴），其在能量上比没有激子的状态更有利（$\sim$ 15 meV）。讨论了量子点阵列在低密度极限下的激子相变。
2004-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Persistence of charge ordering instability to Coulomb engineering in the excitonic insulator candidate TiSe$_2$
University of St Andrews（圣安德鲁斯大学）；Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克固体化学物理研究所）；Universität Hamburg（汉堡大学）；STFC Central Laser Facility, Research Complex at Harwell（STFC 哈韦尔研究综合体中央激光设施）；Bremen Center for Computational Materials Science（不来梅计算材料科学中心）
通过介电屏蔽调控，研究发现TiSe₂的激发子能隙重新归一化，但其电子结构不受温度影响，表明激发子并非驱动CDW相变的必要因素。
2025-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
On the Optical Properties of Excitons in Buckled 2D Materials in an External Electric Field
我们研究了三烯：硅烯、锗烯和锡烯的单层和双层异质结构中直接激子和间接激子的结合能和光学性质。研究表明，外加电场可以通过改变载流子的有效质量来调节激子的本征能量和光学性质。直接激子采用Rytova-Keldysh（RK）势，间接激子采用RK势和库仑势，求解了激子约化质量依赖于场的薛定谔方程.结果表明，对于间接激子，相互作用势的选择会导致本征能量在大电场下的巨大差异，即使在小电场下也会有显著差异。此外，我们的计算表明，材料参数的选择有显着的直接和间接激子的结合能和光学性质的影响。这些计算有助于快速增长的机构的研究激子和光学性质的这类新的二维半导体。
2018-07-01 cond-mat.mes-hall 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
An Efficient Descriptor Model for Designing Materials for Solar Cells
提出了一种快速筛选太阳能电池潜在材料的有效描述子模型。它适用于激子和非激子太阳能电池材料，并且除了能隙之外，它还包括材料的吸收光谱（$α(E)$）。探索的材料的电荷传输特性的建模使用的特征扩散长度（$L_{d}$）确定的各个家族的化合物。提出的模型超越了广泛使用的Scharber模型开发的体异质结太阳能电池[Scharber \textit{et al., Advanced Materials}，2006年，第18卷，789]。使用已发表的实验数据，我们表明，所提出的模型是更准确地预测可实现的效率。虽然这项工作的重点是有机光致发光（OPV），其中原来的Scharber模型的开发，这里提出的模型也适用于其他太阳能电池技术。为了模拟激子和非激子系统，使用两组不同的参数来说明不同的操作模式。所提出的描述符模型的分析清楚地表明，考虑到改进的筛选结果，包括$α(E)$和$L_{d}$的益处。
2017-06-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Finite-momentum dielectric function and excitonic effects from time-dependent density-functional theory with dielectrically screened hybrid functionals
本文提出混合TDDFT方法，结合介电屏蔽杂化泛函，以较低计算成本准确计算有限动量介电函数，实现激子色散和电子能量损失谱的高效计算。
2025-02-28 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
Flat-Bands-Enabled Triplet Excitonic Insulator in a Di-atomic Kagome Lattice
激子绝缘体（EI）态是一种强关联的多体基态，由激子形成的能带结构的不稳定性引起。基于密度泛函理论（DFT）结合多体GW和Bethe-Salpeter方程（BSE）的计算，我们发现半导体双原子Kagome晶格的平坦价带和导带（如超原子石墨烯晶格）可能共同形成一个有趣的三重态EI态.我们的研究结果表明，大量的载流子在平坦的带与高度本地化的电子和空穴波函数显着降低屏蔽和增强交换相互作用，导致异常大的三重态激子结合能（~1.1 eV）超过GW带隙的~0.2 eV和大的单重态-三重态分裂~0.4 eV。我们的研究结果再次丰富了有趣的物理平带和扩展EI材料的范围。
2021-04-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Excitonic order in quantum materials: fingerprints, platforms and opportunities
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；Australian Synchrotron（澳大利亚同步辐射中心）；Monash University（莫纳什大学）；University of Houston（休斯顿大学）
本文探讨了激子绝缘体的理论基础及其稳定性影响因素，分析了实验识别激子有序与竞争相的方法，并综述了候选材料和未来研究挑战。
2026-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Intrinsic Lifetime of Higher Excitonic States in Tungsten Diselenide Monolayers
原子薄的过渡金属二硫属化物中减少的介电屏蔽允许即使在室温下也在光谱中研究类氢系列的更高激子态。激子峰的宽度提供了关于限制这些准粒子的寿命的辐射衰减和声子辅助散射通道的信息。虽然线宽的研究，到目前为止，已被限制到激子基态，封装与hBN最近能够定量测量激发激子共振的加宽。在这里，我们提出了一个联合的实验理论研究相结合的微观计算与光谱测量的内在线宽和寿命的hBN封装的WSe $_2$单层的更高的激子状态。令人惊讶的是，尽管散射通道的数量增加，我们发现在理论和实验中，更高的激子态的线宽是相似的，甚至更小的相比，基态。我们的微观计算归因于这种行为的激子-声子散射效率降低较高的激子由于空间扩展的轨道功能。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic structure of the optical conductivity in MoS$_2$ monolayers
我们研究了MoS $_2$单分子膜的激子光谱，并计算了其在较宽能量范围内的光吸收特性。我们的方法考虑到异常屏蔽在两个维度和基板的存在下，都铸造一个合适的有效凯尔迪什潜力。我们解决Bethe-Salpeter方程作为一个基础的Slater-Koster紧束缚模型参数化，以适应从头计算MoS $_2$能带结构计算。由此产生的光学电导率是在良好的定量协议与现有的测量紫外线能量。我们建立的电子贡献的C激子产生的状态附近的$Γ$点，但从一组$k$ -点的布里渊区的扩展部分。我们的研究结果加强了基于有效模型的方法的优势，以迅速探索TMD系统中激子的性质和可调谐性。
2018-05-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of Dimensionality on Excitonic Properties of BiSeI using Many-body Perturbative Approaches
该研究结合 DFT、$\mathit{G_0W_0}$ 与 Bethe-Salpeter 方程，揭示降低维度会增大 BiSeI 带隙并使弱束缚激子转变为强束缚激子。
2025-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Observation of an excitonic Mott transition through ultrafast core-$\textit{cum}$-conduction photoemission spectroscopy
时间分辨软X射线光电子能谱被用来同时测量WSe $_2$中激子激发时芯能级谱函数和激发态的超快动力学。我们提出了一个多体近似的格林函数，它很好地描述了瞬态的核心-空穴谱函数。激发态信号和核心水平的相对动力学揭示了延迟的核心空穴重整化由于受激准自由载流子的屏蔽，揭示了激子莫特转变。这些发现建立了时间分辨芯能级光电子能谱学作为一个敏感的探针微妙的电子多体相互作用和超快电子相变。
2020-03-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dimensional Control of Excitonic Interactions in Exfoliated 2D Molecular Crystals
Pohang University of Science and Technology (POSTECH)（浦项科技大学）；Hanyang University（汉阳大学）；Research Institute of Natural Science, Hanyang University（汉阳大学自然科学研究院）；Yonsei University（延世大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Queens College, City University of New York（纽约市立大学皇后学院）；Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生院）
本研究通过机械剥离获得单层至少层的并四苯等分子晶体，发现厚度减小导致Davydov劈裂减弱、斯托克斯位移增大及激子离域增强，实现了分子晶体激子性质的维度调控。
2026-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric constant of monolayer transition metal dichalcogenides across excitonic resonances
我们分析了低维过渡金属二硫属化物（TMDC）的介电函数光谱，使用一个完全解析模型的复杂介电函数，适用于分数维空间。我们提取的$A$和$B$激子的维数，以及它们的洛伦兹加宽宽度，通过拟合模型的光子能量（1.5 - 3 eV）的光谱范围内的实验数据。我们的研究结果表明，最低的地面激子状态的示范性单层材料（MoS $_2$，MoSe $_2$和WSe $_2$）的介电性能的显着贡献。激子维数参数化的过程，基础的限制和多体库仑效应以及基板屏蔽效应，这简化了分析的电光性能在低维系统。这项研究突出了潜在的理论模型作为有价值的工具，用于解释光谱，并在寻求理解的相关动力学之间的$A$和$B$激子对TMDC的介电函数。
2018-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phonon Screening of Excitons in Semiconductors: Halide Perovskites and Beyond
从头算Bethe-Salpeter方程（BSE）方法是研究材料中激子的一种既定方法，通常在仅捕获电子静态屏蔽的限制下求解。在这里，我们推广这个框架，也包括动力学屏蔽声子在最低阶的电子-声子相互作用。我们将这种广义BSE方法应用于一系列无机卤化铅钙钛矿CsPbX 3，其中X = Cl，Br和I。我们发现，包括屏蔽声子显着降低了计算的激子结合能这些系统。通过推导一个简单的表达式声子屏蔽效应，我们揭示了一般的趋势，声子屏蔽效应的重要性，在半导体和绝缘体，基于类氢激子模型。我们证明，在各向同性材料中的声子屏蔽校正的幅度可以可靠地预测使用四种材料的具体参数：约化的有效质量，静态和光学介电常数，和最强耦合的LO声子模式的声子频率。这个框架有助于阐明声子屏蔽的重要性及其与半导体中激子性质的关系。
2021-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
First-principles design of excitonic insulators: A review
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Institute of Applied Physics and Computational Mathematics（应用物理与计算数学研究所）；National Key Laboratory of Computational Physics（计算物理国家重点实验室）
本文综述了基于第一性原理Bethe-Salpeter方案设计激子绝缘体（EI）的最新进展，指出暗激子规则指导的材料筛选为发现新型量子物态及实现首个公认EI开辟了新途径。
2025-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in two-dimensional materials
由于介电屏蔽的降低和库仑相互作用的增强，磷烯和过渡金属二硫属化物（TMD）等二维材料表现出强烈的激子效应，导致了迷人的多粒子现象，包括层内激子和层间激子。它们的固有带隙和强激子发射允许通过各种外部刺激来调整2D材料的固有光学，电学和光电特性，使其成为新型光电应用的潜在候选者。本文综述了二维半导体和绝缘体中的激子物理和器件，特别是磷烯、TMD及其范德华异质结构（vdWHs）。在第一部分中，我们讨论了显着多才多艺的激子景观，包括明亮和黑暗的激子，trions，双激子和层间激子。在第二部分中，我们研究了常见的控制方法，通过电，磁，光和机械手段调谐激子效应。在下一阶段，我们提供了光电子器件的应用，如电致发光器件，光伏太阳能电池和光电探测器的最新进展。最后，我们简要讨论了他们的潜力，利用vdWHs对独特的激子物理和设备。
2019-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Capturing Excitonic Effects in Lead Iodide Perovskites from Many-Body Perturbation Theory
碘化铅钙钛矿在即将到来的光伏技术和光电子器件中引起了相当大的兴趣。因此，准确的理论描述的电子和光学性质，特别是了解这类材料中的激子效应是科学和实践的兴趣。然而，尽管过去进行了一些理论研究，但对太阳能电池性能的关键电子参数，如光学性质、有效质量、激子结合能（E $_B$）和辐射激子寿命的最准确分析在很大程度上仍然未知。在这里，我们采用最先进的第一性原理为基础的方法，即混合泛函（HSE 06）结合自旋轨道耦合（SOC），多体微扰理论（GW，BSE），模型BSE（mBSE），Wannier-Mott（WM）和密度泛函微扰理论（DFPT）。以APbI $_3$（A =甲脒（FA）、甲基铵（MA）和铯）为模型体系，从理论上分析了其光学、电子和激子性质.我们表明，调整的精确交换参数（$α$）在HSE 06计算纳入SOC，其次是Single Shot GW，和BSE在获得一个可靠的预测实验带隙发挥了关键作用。我们证明了mBSE方法改善了光谱w.r.t实验的特征。此外，WM方法和离子介电屏蔽的贡献（低于16 meV）改善E $_B$。我们的研究结果表明，直接-间接的带隙跃迁（Rashba分裂）可能是一个因素，负责降低电荷载流子复合率在MAPbI $_3$和FAPbI $_3$。阳离子“A "对于获得长寿命激子寿命的作用是很好理解的。该方法允许设计具有定制激子性质的新材料。
2020-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Effect of dynamical screening in the Bethe-Salpeter framework: Excitons in crystalline naphthalene
本文在Bethe-Salpeter框架中引入动力学屏蔽效应，以萘晶体为例比较两种近似与精确对角化方法，发现动力学修正约占激子结合能15%，并提出有效屏蔽模型以高效近似复杂材料中的动力学效应。
2023-06-16 cond-mat.mtrl-sci
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
Substrate Dependent Synergistic Many-Body Effects in Atomically Thin Two Dimensional WS$_2$
在二维半导体（WS $_2$）的原子薄单层（ML）中，通过多体相互作用，在高于临界载流子密度的光激发载流子中实现了Mott跃迁。上述非线性光学跃迁发生时，激发的电子空穴对在ML WS 2连续严重相互作用，然后转化为集体电子空穴等离子体相（EHP），失去了他们的身份作为个人准粒子。这表现在发射光谱中激子峰的诱人的红移-蓝移交叉（RBC）现象，这是由Mott转变点处的协同吸引-排斥过程引起的。本文对ML WS $_2$的多体效应进行了系统的研究，同时考虑了三种不同衬底的调制介电屏蔽，即，二氧化硅、蓝宝石和金。利用拉曼指纹和PL谱权重讨论了衬底掺杂对ML WS $_2$的影响，并通过理论DFT计算进一步证实了这一点。进一步地，通过用Lennard-Jones势模拟发射能量移动，提取了ML WS $_2$的衬底依赖激子玻尔半径。Mott点以及激子玻尔半径的变化是通过衬底诱导的介电屏蔽效应解释的两个介质衬底，但在ML WS $_2$上的Au不存在。因此，我们的研究揭示了2D半导体中多种多样的多体分支，并为创新器件工程选择无可挑剔的衬底材料提供了决定性的观点。
2021-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Non-Hydrogenic Exciton Series in 2D Materials on High-$κ$ Dielectric Substrates
介电环境的工程是一种强大的策略，可以控制二维（2D）材料的电子和光学特性，而不会影响其结构完整性。在这里，我们表明，高$κ$二维材料的最新发展提出了新的机会，电介质工程。通过求解WSe $_2$在不同衬底上的二维Mott-Wannier激子模型，使用从第一性原理获得的屏蔽电子-空穴相互作用，我们证明了激子里德伯系列定性地改变时，在二维半导体内的介电屏蔽变得占主导地位的衬底。在这种制度下，屏蔽的距离依赖性是相反的，有效的屏蔽随着激子半径的增加，这是相反的传统的二维屏蔽制度。因此，更高的激子态变得欠束缚，而不是过度束缚相比，氢化里德伯系列。最后，我们导出了整个二维里德堡系列激子结合能的一般解析表达式
2020-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Gate tuning of coupled electronic and structural phase transition in atomically thin Ta$_2$NiSe$_5$
Nanjing University（南京大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
通过掺杂调控Ta₂NiSe₅中电子和结构相变，发现其绝缘态受载流子掺杂影响，排除激子主导机制，揭示耦合相变特性。
2025-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Spin-polarized triplet excitonic insulators in Ta3X8 (X=I, Br) monolayers
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）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Department of Physics, Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学物理系）
研究发现Ta3X8单层是自旋极化三重态激子绝缘体，通过GW+BSE计算揭示其强激子不稳定性及三重态特性。
2025-06-23 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。
2026-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous gap opening and potential excitonic states in an ideal Dirac semimetal Ta$_2$Pd$_3$Te$_5$
本文发现准一维材料Ta$_2$Pd$_3$Te$_5$在350 K以下出现自发能隙，且隙内存在平带，其行为符合激子序，表明该材料是潜在的激子态候选者。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Photo-induced semimetallic states realised in electron-hole coupled insulators
利用光来操纵材料进入期望的状态是凝聚态物理的目标之一，因为光控制可以提供超快和环境友好的光子器件。然而，通常难以实现不仅仅是对应于处于平衡的高温相的较高熵相的光诱导相。在这里，我们报告实现光诱导的绝缘体到金属的转变Ta 2Ni（Se 1-xSx）5包括激子绝缘体阶段使用时间和角度分辨的光电子能谱。从系统的动力学性质，我们确定，激子相关性的筛选起着关键作用的过渡到金属相，这支持在平衡时存在激子绝缘体相的时间尺度。在直接带隙激子绝缘体中意外观察到的非平衡金属态为电子-空穴耦合系统中的光学能带工程开辟了新的途径。
2018-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
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
Microscopic screening theory for excitons in two-dimensional materials: A bridge between effective models and ab initio descriptions
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Universidad de Oviedo（奥维耶多大学）
本文提出一种基于量子筛选相互作用的计算方法，用于二维材料中激子的精确计算，结合从头计算的精度，克服传统有效模型的局限性。
2026-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rydberg Excitons and Trions in Monolayer MoTe$_2$
单层过渡金属二硫属化物（TMDC）半导体表现出强激子光学共振，这是一种微观的、非侵入性的探测其基本性质的方法。像氢原子一样，这种激子可以表现出完整的里德伯共振系列。激子在大多数TMDC（MoS $_2$、MoSe $_2$、WS $_2$和WSe $_2$）中已经被广泛研究，但是在重要的TMDC材料二碲化钼（MoTe $_2$）中缺乏对激子现象的详细探索。在这里，我们报告的激子发光性能的单层MoTe $_2$了解激子里德伯系列，高达3秒的实验研究。我们报告显着修改的发射能量与温度（4K至300 K），量化激子-声子耦合。此外，我们观察到一个强烈的门可调激子trion相互作用的所有里德堡态主要由自由载流子屏蔽，泡利阻塞，带隙重整化与第一性原理GW加上Bethe-Salpeter方程方法计算的结果一致。我们的研究结果有助于使单层MoTe $_2$更接近其在近红外光电子学和光子器件中的潜在应用。
2023-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Probing excitonic states in ultraclean suspended two-dimensional semiconductors by photocurrent spectroscopy
半导体单层过渡金属二硫属化物（TMDC）的光学响应由强束缚激子主导，这些激子即使在室温下也是稳定的。然而，目前可用的样品中与基底相关的效应，如屏蔽和无序，掩盖了许多预期的物理现象，并限制了TMDC的器件应用。在这里，我们证明，这些不良影响被强烈抑制在悬挂设备。极其稳健（光增益> 1，000）和快速（响应时间<1ms）的光响应与我们设备的高质量相结合，使我们能够通过光电流光谱首次研究TMDC中激子的形成、结合能和解离机制。通过分析光电流峰的光谱位置，并与第一性原理计算进行比较，得到了单层TMDCs的结合能、带隙和自旋轨道分裂。特别是对于单层MoS2，我们估计了带边激子的极大结合能，Ebind > 570meV。随着带边激子，我们观察到激子与一个范霍夫奇点，而独特的性质。对光电流谱的源漏电压依赖性的分析揭示了TMDC中激子的解离和光转换机制。
2014-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton Binding Energy and Nonhydrogenic Rydberg Series in Monolayer WS2
我们已经通过实验确定了单层WS 2中基本光学跃迁的基态和前四个激发激子态的能量，WS 2是一个模型系统，用于生长类原子薄的二维半导体晶体。从光谱中，我们建立了一个大的激子结合能为0.32 eV和一个显着的偏离通常的氢Rydberg系列的激子态的能级。我们解释这两个结果使用微观理论，其中的非局部性质的有效介电屏蔽修改的功能形式的库仑相互作用。这些强而非常规的电子-空穴相互作用预计将普遍存在于原子级薄的材料中。
2014-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
