Ultrafast non-thermal suppression of ferroelectricity by carrier screening in LiNbO3
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
利用飞秒激光激发LiNbO3中的载流子，通过时间分辨二次谐波和受激拉曼散射发现，即使低浓度光生载流子也能通过瞬态屏蔽快速且持久地抑制极化，揭示了一种高效、可逆、对称性保持的超快铁电调控机制。
2026-06-29 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
On dielectric screening in twisted double bilayer graphene
利用失配角约为5 °的双螺旋双层石墨烯样品，研究了栅压诱导的电场的介电屏蔽效应。在低温磁输运测量中，观察到了源于两个不同载流子密度带的磁阻量子振荡。载流子密度相对于总载流子密度的行为与AB堆叠的四层石墨烯的行为不同。根据感应电荷随距离指数衰减的模型，对载流子密度比进行了理论分析，并给出了屏蔽长度λ。估计的λ略大于AB堆叠的石墨烯的λ，这可能反映了波函数的概率的平面间分布的差异。
2021-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Carrier screening, transport, and relaxation in 3D Dirac semimetals
针对掺杂三维（3D）狄拉克材料中密度和温度相关的载流子电导率发展了一种理论，该理论聚焦于由于随机带电杂质（例如，掺杂剂离子和无意的背景杂质）。该理论适用于未掺杂的本征（“高温”，$T \gg T_F$）和掺杂的非本征（“低温”，$T \ll T_F$）限制，在两个制度中获得的载流子电导率的分析缩放特性，其中$T_F$是对应于掺杂的自由载流子密度（电子或空穴）的费米温度。描述电导率如何依赖于密度和温度的标度性质可以用于通过输运测量来建立3D系统的狄拉克性质。我们还考虑了三维狄拉克材料中声子散射对电导率的温度限制。此外，我们从理论上计算和比较的单粒子弛豫时间$\tas$，定义的量子级加宽，和传输散射时间$\tat$，定义的电导率，在存在屏蔽带电杂质散射。对存在长程屏蔽库仑无序的三维狄拉克材料的$\tat/\tas$结果进行了临界定量分析。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Carrier Mobility and High-Field Velocity in 2D Transition Metal Dichalcogenides: Degeneracy and Screening
使用自研系综 Monte Carlo 模拟器研究 MoS2 和 WS2，发现简并效应与自由载流子屏蔽显著影响低场迁移率，且高场漂移速度因表面光学极性声子散射增加而不受屏蔽显著影响。
2024-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exciton/free-carrier plasma in GaN-based quantum wells: Scattering and screening
在低密度（玻尔兹曼）极限下计算了二维电子空穴等离子体的电离度。电子-空穴相互作用被认为是所有状态：光学活性和非活性，绑定和未绑定。该理论适用于激子/自由载流子等离子体在GaN基量子阱在室温下。
2001-11-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Electronic Properties, Screening and Efficient Carrier Transport in NaSbS2
NaSbS 2是一种半导体，最近显示出作为太阳能吸收剂具有显著的功效，表明即使在有缺陷的材料中也能有效地收集电荷。我们报告了对性质的第一性原理计算，这些性质表明：（1）间接带隙仅略小于直接带隙，这可能会阻碍光激发载流子的复合，（2）高度各向异性的电子和光学性质反映了层状晶体结构，（3）由于Sb 5s态的排斥而导致的被推高的价带最大值和（4）交叉-Sp导价带与Sb 5 p态之间的能隙杂化。这后一特征导致增强的玻恩有效电荷，其可以提供局部屏蔽并因此提供缺陷容限。这些功能进行了讨论的化合物作为一个有效的电荷收集半导体的性能。
2017-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Phonon spectral functions of photo-generated hot carrier plasmas: effects of carrier screening and plasmon-phonon coupling
研究了多组分热载流子等离子体中声子谱函数的光谱行为。电介质的极化函数的制定，使他们满足戴森方程的有效等离子体成分之间的相互作用。我们发现一个有用的总和规则，给出简单的等离子体物种之间的关系解决介电函数。考虑到极性和非极性光学声子，声学变形势，和压电库仑耦合的载波声子通道的各种声子谱函数的光谱分析。声子自能校正的影响在有限的温度范围内的随机相位近似扩展到包括动态屏蔽的影响，等离子体-声子耦合，和局部场校正的等离子体物种检查。我们提供了纤锌矿GAN中形成的光生电子-空穴等离子体的情况的数值数据。我们的研究结果表明，在多组分等离子体的介电响应和声子谱函数的等离子体物种的多样性的明确意义。
2016-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast screening and carrier dynamics in ZnO: Theory and experiment
当载流子密度高于莫特密度时，库仑屏蔽破坏了激子共振。这与带隙重整化和带填充一起严重影响了光谱。我们已经实验研究了这些影响的超快泵浦-探测反射率测量ZnO单晶在激子共振周围的各种波长，并在一个广泛的载流子密度范围。理论上我们确定了ZnO在300 K时的Mott密度为$1.5\times10^{24}$ m $^{-3}$。采用场论方法，我们推导并求解了Bethe-Salpeter阶梯方程，计算了密度相关的反射率和吸收光谱。建立了载流子动力学模型，包括三光子吸收、载流子冷却和表面附近的载流子俘获。基于我们模型的理论反射率与实验数据之间的一致性非常好。
2011-07-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Remote free-carrier screening to boost the mobility of Fröhlich-limited 2D semiconductors
范德华异质结构提供了一种通用工具，不仅可以保护或控制，还可以增强2D材料的性能。我们使用从头计算和半解析模型来寻找策略，提高异质结构内的载流二维半导体的流动性。从金属“屏蔽”层的自由载流子屏蔽远程抑制载流层中的电子-声子相互作用。这个概念在二维半导体中是最有效的，其散射主要是由可屏蔽的电子-声子相互作用，特别是与偏振光声子的Fröhlich耦合。这种材料是常见的，其特征在于在小掺杂极限下的整体低迁移率，并且当2D材料被掺杂到足以使电子-声子相互作用被其自身的自由载流子屏蔽时，迁移率要高得多。我们使用GaSe作为原型，并将其放置在掺杂石墨烯作为“屏蔽”层和BN作为隔离物的异质结构中。我们开发了一种方法来确定任何异质结构的静电响应结合密度泛函微扰理论计算的各个层的响应。从石墨烯的远程屏蔽可以抑制长波长的Fröhlich相互作用，导致对于从$10^{11}$到$10^{13}$ cm $^{-2}$的GaSe中的载流子密度，在$500$到$600$ cm $^2$ /Vs附近的一致的高迁移率。值得注意的是，低掺杂迁移率提高了2.5倍。这种远程自由载流子屏蔽比介电环境的更常规的操纵更有效，并且当隔离物（BN）薄时最有效。
2021-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric engineering of hot carrier generation by quantized plasmons in embedded silver nanoparticles
了解和控制等离子体激元诱导的热载流子的性质是迈向下一代光伏和光催化器件的关键一步。在这里，我们发现了一条路线，工程热载流子生成率的银纳米粒子设计嵌入在介电基质材料。扩展我们最近建立的量子力学方法来描述量子化等离子体的衰变成热载流子，我们捕获的纳米粒子环境和银d-电子通过有效的电子-电子相互作用的内部屏蔽的外部屏蔽。我们发现，热载流子的产生可以最大限度地通过工程的介电主体材料，使局部表面等离子体激元的能量与最高值的纳米粒子联合态密度相一致。这使我们能够揭示一条控制载流子能量和产生量的途径，例如通过嵌入强屏蔽环境中获得大量相对低能量的载流子。
2021-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Free-carrier screening unlocks high electron mobility in ultrawide bandgap semiconductor CaSnO$_3$
通过从头计算揭示自由载流子屏蔽可抑制CaSnO$_3$中的长程光学声子散射，提升声子限制迁移率，预测室温迁移率约为实验最高值的两倍，凸显其超宽禁带半导体应用潜力。
2025-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Dielectric environment mediated quantum screening of one dimensional electron gas
放松“无限均匀背景”假设，计算了一维半导体纳米线在介电环境中的介电响应函数。结果表明，高介电常数（高于半导体介电常数）的介电环境降低了纳米结构内部自由载流子的屏蔽作用，而低介电常数的介电环境增加了自由载流子之间的库仑相互作用，增强了屏蔽作用的强度。在长波长极限下，电子气的介电屏蔽和集体激发仅由环境而不是半导体决定。静态介电函数的行为是特别解决在一个特定的波矢q=2k_F;波矢普遍出现在电荷输运的纳米结构
2011-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Modeling based screening for optimal carrier selective material for Si based solar cells
载流子选择性（CS）硅太阳能电池越来越多地使用各种不同的材料来开发。然而，这种CS材料的最佳性能还没有得到很好的理解。在这种情况下，通过详细的分析和数值模拟，在这里，我们提供了几个有趣的见解与CS材料性能的效率权衡。首先，我们表明，完美的能带对齐是一个理想的功能，只有当接口是没有任何陷阱状态。另外，约0.2eV-0.4eV的能带偏移提供足够的能带弯曲以减少界面复合的影响，从而改善性能。令人惊讶的是，发现少数载流子提取层的界面钝化质量远低于多数载流子提取层的要求。此外，CS层的掺杂密度和介电常数对太阳能电池性能具有与能带偏移类似的影响。我们的研究结果对选择合适的材料作为载流子选择层具有明显的意义，因此受到社会的广泛关注。
2017-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phonon-limited Mobility of 2D Semiconductors: Quadrupole Scattering and Free-carrier Screening
二维（2D）半导体在下一代电子学和光电子学中表现出巨大的潜力。这些应用的一个重要性质是声子限制的载流子迁移率。从第一性原理计算迁移率的常用方法依赖于电子-声子耦合（EPC）矩阵的插值。然而，它忽略了由声子产生的动力学四极子的散射，限制了它的准确性。在这里，我们提出了一个第一原理的方法，将四极散射，这导致在一个更好的插值质量，从而更准确的流动性，例如单层二硫化钼和硒化铟。该方法还允许自然地并入自由载流子的效应，使我们能够有效地计算屏蔽的EPC，从而计算杂质半导体的迁移率。特别是，我们发现，由于更强的长程散射在本征InSe的电子迁移率是更敏感的载流子浓度比MoS 2。随着电子浓度的增加，InSe的迁移率可以达到本征值的4倍，然后由于较重的电子态的参与而降低。我们的工作为计算本征和掺杂二维材料中的声子限制迁移率提供了准确有效的方法，并提高了对其输运机制的基本理解。
2022-06-30 cond-mat.mtrl-sci
High throughput screening, crystal structure prediction, and carrier mobility calculations of organic molecular semiconductors as hole transport layer materials in perovskite solar cells
本研究采用平移二聚体模型对74种DAH衍生物作为PVSCs的HTL材料进行高通量筛选与电子特性计算，并对顶级候选材料进行晶体结构预测，实现超10 cm2/V.s的空穴迁移率，为下一代高性能HTL材料设计提供指导。
2024-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Screening on Propagation of Graphene Surface Plasmons
电磁场与二维薄片中的载流子紧密结合，即表面等离子体激元，被作为设备一部分的金属板屏蔽。结果表明，对于外延石墨烯，表面等离子体激元的传播速度被抑制显着通过由界面态的电子电荷的部分屏蔽。基于屏蔽库仑相互作用确定的电子寿命的分析计算，我们表明屏蔽效应给出的结果与最近的实验结果一致。
2014-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmons and screening in monolayer and multilayer black phosphorus
黑磷显示出高度的能带各向异性。然而，我们发现，它的面内静态屏蔽仍然是相对各向同性的动量相关的弹性长程散射过程。另一方面，系统中的集体电子激发表现出很强的各向异性。带的非抛物线性导致等离子体频率，其按$n^β$和$β<\tfrac{1}{2}$缩放，其中$n^β$是载流子浓度。屏蔽和电荷分布的面外方向也研究了使用非线性的M-Fermi模型。
2014-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport descriptors for the rapid screening of thermoelectric materials
用于热电能转换的新型材料的发现有可能通过数据驱动的筛选与高通量计算相结合来加速。提高成功选择候选材料的效率的一种方法是通过使用传输描述符对其进行评估。使用数据驱动的筛选，我们在三角ABX2家族中选择了12个潜在的候选者，然后从第一原理进行电荷传输性质模拟。结果表明，在这些材料中的载流子散射过程中占主导地位的电离杂质和极性光学声子，通常假设的声学声子为主的散射相反。结合基于三声子散射的热导率计算，我们预测p型AgBiS2和TlBiTe2作为潜在的高性能热电材料在中温范围内用于低品位废热收集，预测zT在500 K时大于1。使用这些数据，我们进一步推导出基态载流子迁移率和热电功率因子的传输描述符。除了低载流子质量之外，高介电常数被发现是实现高载流子迁移率的重要因素。建立了介电常数与传输性能之间的二次相关性，并与文献进一步验证。展望未来，介电常数可以作为一个独立的调谐旋钮，用于改善热电性能。
2021-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in Atomically Thin Metallic TaNiTe$_5$ with Ultrahigh Carrier Density
State Key Laboratory of Micro-nano Engineering Science, Key Laboratory of Artificial Structures and Quantum Control (Ministry of Education), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院微纳工程科学国家重点实验室人工结构与量子控制教育部重点实验室）；School of Physical Science and Technology, Ningbo University（宁波大学物理科学与技术学院）；School of Physics, Zhejiang University of Technology（浙江工业大学物理学院）；Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学李政道研究所）；Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures（先进微结构协同创新中心）
TaNiTe5中发现铁电性与超高水平载流子密度共存，通过PFM和STEM证实其铁电行为源于表面Te原子位移，揭示二维极限下铁电性与高载流子密度的相互作用。
2026-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast dynamic Coulomb screening of X-ray core excitons in photoexcited semiconductors
本研究利用皮秒时间分辨X射线瞬态吸收光谱结合从头算理论，揭示了光激发半导体中芯激子的动态库仑屏蔽机制，为超快X射线光谱解析及载流子动力学追踪提供了重要支撑。
2024-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic theory of ultrafast dynamics of carriers photoexcited by THz and near-infrared linearly-polarized laser pulses in graphene
通过求解微观动力学Bloch方程，研究了石墨烯中光激发载流子和非平衡声子的动力学行为。从激光场的泵浦和漂移效应以及相关的散射（包括库仑散射与动态屏蔽）明确包括在内。当抽运光子能量足够高时，漂移项的影响可以忽略不计，并且在所研究的线偏振激光脉冲中，在散射作用下建立了各向同性的热电子费米分布。然而，在具有低泵浦声子能量的情况下，漂移项是重要的，并且导致从电场到电子的净动量转移。由于这种净动量和占主导地位的库仑散射，漂移费米分布不同的静态电场下建立的被发现建立在几百飞秒。我们还表明，俄歇过程中只涉及密度矩阵的对角项的文献中调查的动态屏蔽是禁止的。然而，我们提出了一个俄歇过程涉及带间相干性，并表明它有助于载流子的动力学时，泵浦光子能量低。此外，还研究了线偏振光作用下动量各向异性分辨的热声子温度，揭示了其物理机制。
2013-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
How the dynamic of photo-induced gate screening complicates the investigation of valley physics in 2D materials
对过渡金属二硫属化物等二维材料中的谷物理学进行深入分析需要测量作为电子能带结构内费米能级位置的函数的许多材料特性。这通常通过经由栅极电场效应改变2D材料的载流子密度来完成。在这里，我们表明，栅极相关的测量，这是在不同的测量条件下获得的比较可能会遇到重大的问题，由于电介质层内或其界面处的陷阱态的充电的时间演变。例如，由于施主和受主态的光激发，在光学测量中，栅极扫描方向和扫描速率对整个栅极的依赖性变得特别显著。在这样的条件下，相同的标称栅极电压可能导致不同的栅极感应载流子密度，并因此导致不同的费米能级位置。我们证明，从或甚至通过介电层通过漏电流的电流流动可以显着减少在2D材料的光学测量的栅极可调谐性。
2020-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
2D transport and screening in topological insulator surface states
研究了拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$在拓扑保护交叉点附近的表面态的无序效应。接近电荷中性，由环境中的随机带电无序引起的载流子密度的局部波动导致主导这些材料的电子性质的电子和空穴水坑。通过使用随机相位近似计算表面态的极化率，并使用自洽近似确定水坑的特性，我们发现，带不对称性在确定实验测量的量，包括电导率和水坑的自相关长度起着至关重要的作用。
2012-01-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-exciton Interaction in Monolayer MoSe$_2$ from Mutual Screening of Coulomb Binding
本研究通过单层MoSe$_2$光致发光光谱，区分中性激子与载流子的屏蔽效应，发现激子间库仑束缚相互屏蔽导致能量差红移，并提取激子极化率，揭示中性激子多数体相互作用排斥部分的新机制。
2023-08-28 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
Ultrafast electron localization and screening in a transition metal dichalcogenide
本研究利用阿秒瞬态吸收光谱探测二维$MoSe_2$，发现不同原子探针观测到的载流子动力学存在差异，揭示了钼原子周围的电子强局域化效应，为理解含过渡金属材料的电子性质提供了关键依据。
2022-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Charge carrier coupling to the soft phonon mode in a ferroelectric semiconductor
许多结晶固体具有强非谐软声子模式，其特征在于随着温度接近与对称性破缺相变相关的临界点，频率逐渐减小。虽然电子-软声子耦合可以为铁电体中的电荷载流子引入独特的散射通道，但最近对非铁电卤化铅钙钛矿的研究也表明了在载流子屏蔽中与软模式相似的非谐声子的中心作用。在这里，我们应用相干声子谱直接研究电子耦合到软横光学（TO）声子模式在铁电半导体SbSI。光生载流子在SbSI被发现是非常长的寿命，并与瞬态电光效应，可以解释由载流子和热刺激的软声子激发之间的相互作用。这些结果提供了强有力的证据的作用，电子-软声子耦合的有效屏蔽的载流子，并在减少电荷复合率，光电子学的理想性能。
2022-05-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Acoustic phonon limited mobility in two-dimensional semiconductors: Deformation potential and piezoelectric scattering in monolayer MoS2 from first principles
利用Boltzmann方程和声学电子-声子（el-ph）相互作用的第一性原理计算，对温度T < 100 K和高载流子密度下n掺杂二维MoS 2中的声学声子有限迁移率进行了理论研究.结合连续介质弹性模型，建立了变形势与压电相互作用的解析表达式和耦合强度。此外，我们表明，变形势相互作用的贡献，从正常和umklapp过程，后者的贡献只有微弱的影响，载流子屏蔽。因此，计算出的迁移率显示出从高温μT^{-1}行为到低温Bloch-Gruneisen区域中更强的μT^{-4}行为的转变，该区域是未屏蔽变形势散射的特征。在T < 10 K和高载流子密度（n > 10^{11} cm^{-2}）下，本征迁移率预计超过10^5 cm ^2 V^{-1} s^{-1}。在100 K时，迁移率不超过~7 x 10^3 cm 2 V^{-1} s^{-1}。我们的研究结果提供了新的和重要的理解声学el-ph相互作用和它的屏蔽自由载流子，并在一般的声学声子有限迁移率的理解是高度相关的。
2013-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of the impact of carrier density screening on Urbach tail energies and optical polarization in (Al,Ga)N quantum well systems
本研究利用原子尺度多能带模型探讨(Al,Ga)N量子阱在UV-C波段的光偏振特性，发现载流子密度与阱宽通过影响Urbach尾能和内建场调控光偏振，加宽阱宽可提升深紫外发光器的光提取效率。
2025-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Long-Range Dielectric Screening on Charge Transfer States
激子在光伏器件中异质结处的解离尚未完全理解，尽管从根本上来说是产生电流所必需的。从头计算的一个基本问题是，混合界面结合材料与Wannier-Mott激子和那些与Frenkel激子可以很容易地需要数千个原子，以涵盖激子-波函数。该问题进一步加剧了在界面处的大的介电常数差，这需要中尺度边界条件来准确地预测静电势。基于这些原因，我们建立了一个基于有效质量薛定谔方程的杂化界面激发态模型。在这种连续介质模型中，载波波函数由其包络函数表示，而不是解决原子尺度的变化。静电相互作用占使用泊松方程。对于我们的模型系统，我们使用并五苯/硅界面。因为载流子迁移率相对于硅在并五苯中较低，所以空穴被冻结，使得其仅通过不动的正电荷密度与电子相互作用。该模型的输入如下：介电常数、电子有效质量、界面宽度、能带排列和空穴波函数。我们发现，相对于体激子的电荷转移态的能量可伸缩性是最容易控制的能带排列。然而，当两种状态具有相似的能量时，界面接近和静电成为调节这些状态的相对稳定性的重要辅助手段。
2017-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic Screening Effects on Auger Recombination in Metal-Halide Perovskites
研究通过引入频率依赖的屏蔽库仑相互作用，揭示动态介电筛选对金属卤化物钙钛矿中俄式重组的增强作用，降低俄式系数并改变重组临界点。
2025-12-10 cond-mat.mtrl-sci
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
Lasing in a ZnO waveguide: clear evidence of polaritonic gain obtained by monitoring the continuous exciton screening
本文提出一种结合实验与介电常数模型的方法，通过监测氧化锌波导中极化激元色散的连续偏移，明确证明了低载流子密度下的极化激元激射性质。
2023-03-20 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
Electric field screening in atomically thin layers of MoS2: the role of interlayer coupling
本工作的目的是研究静电屏蔽的单层和少层二硫化钼片的静电力显微镜结合非线性的E-F理论解释的实验结果。我们发现，去耦层的连续模型，令人满意地再现了石墨烯和石墨的静电屏蔽，不能解释实验观察。另一方面，具有层间跳跃参数的三维模型可以成功地解释所观察到的电场屏蔽二硫化钼纳米层，指出层间耦合在二硫化钼屏蔽中的重要作用。
2012-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-linear screening of external charge by doped graphene
我们解决了一个非线性积分方程的静电势在掺杂石墨烯由于外部电荷，所产生的屏蔽石墨烯的$π$的电子带的T-F（TF）模型。特别地，我们研究了石墨烯中的有限平衡载流子密度、非零温度、石墨烯与电介质衬底之间的非零间隙以及能带态密度的非线性的影响。交换和关联相互作用的影响也简要讨论了未掺杂的石墨烯在零温度。非线性的结果进行了比较与线性TF模型和随机相位近似（RPA）内的介质屏蔽模型。此外，从非线性积分方程的解决方案的外部电荷的图像电位进行评估，并比较线性模型的结果。我们已经发现，在掺杂石墨烯的非线性TF模型和RPA模型的结果之间的一般良好的协议，除了弗里德尔振荡在后者的模型。然而，相对较强的非线性效应被发现在TF模型中持续存在，即使在高掺杂密度和大的外部电荷的距离。
2009-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large polaron evolution in anatase TiO2 due to carrier and temperature dependence of electron-phonon coupling
在考虑各种极化效应的情况下，分析了还原型TiO 2外延薄膜的电子输运和磁输运性质。出乎意料的是，随着载流子浓度的增加，迁移率增加，这在普通金属系统中很少发生。我们发现，屏蔽的电子-声子（e-ph）耦合的过剩载流子是必要的，以解释这种不寻常的依赖性。我们还发现，磁电阻（MR）可以分解成一个线性和二次分量，分别表征作为温度的函数的载流子的输运和陷阱行为。各种输运行为可以组织成一个单一的相图，阐明了大极化子在这种材料中的性质。
2023-03-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Screening Promising Thermoelectric Materials in Binary Chalcogenides through High-Throughput Computations
高通量计算方法是筛选高性能功能材料的有效工具。在本工作中，使用单带模型下的变形势方法，我们评估的载流子弛豫时间，并建立一个电描述符（\c{hi}）的载流子有效质量的基础上简单的刚性带近似。该描述子（\c{hi}）可以用来合理地表示最大功率因数，而不需要求解电子玻尔兹曼输运方程。此外，Grüneisen参数（γ），晶格非谐性和晶格热导率的描述符，有效地使用弹性性质进行评估，省略了昂贵的声子计算。应用两个描述子（\c{hi}和γ）对二元硫族化合物进行了HT计算，计算了243种半导体材料，筛选出50种有希望的热电材料。对于这些理论上确定的化合物，我们成功地预测了一些以前的实验和理论研究有前途的热电材料。此外，9个p型和14个n型以前未报道的二元硫族化合物也被预测为有前途的热电材料。我们的工作不仅为未来的研究提供了具有完美晶体结构的热电候选材料，而且为HT筛选高性能热电材料提供了可靠的描述符。
2019-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle and Optical Properties of Carrier-Doped Monolayer MoTe$_2$ from First Principles
该研究利用 GW 与 Bethe-Salpeter 方程第一性原理计算，揭示掺杂单层 2H MoTe$_2$ 中带隙与激子结合能的协同重整化使最低激子能量近似不变。
2023-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Doping-induced dielectric catastrophe prompts free-carrier release in organic semiconductors
通过分子掺杂可获得的对材料性质的控制对于有机半导体的许多技术应用（例如OLED或热电器件）是必不可少的。这些激子半导体通常仅在5-10\%的杂质浓度下达到简并极限，这是一种与载流子和离子化掺杂剂之间的强库仑结合有关的现象，并且其理解迄今为止仍然难以捉摸。这项研究提出了一个一般的机制，在有限掺杂的集体屏蔽现象的载流子的释放。结合第一性原理和微静电计算，建立了掺杂有机半导体介电性质的多尺度模型。我们的研究结果预测了一个大的非线性增强的介电常数（10倍，在8\%的负载）作为系统的方法增加掺杂后的介电不稳定性（灾难）。这可以归因于高度极化的主机-掺杂剂复合物的存在下，加上一个不平凡的主导贡献，从偶极相互作用的无序和异质系统。材料中增强的屏蔽大大降低了电子-空穴分离的（自由）能垒，合理化了热电荷释放的可能性。所提出的机制与电导率数据是一致的，并为在较低的掺杂负载下实现较高的电导率奠定了基础。
2021-07-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron-phonon interaction and coupled phonon--plasmon modes
在考虑库仑屏蔽和电子-声子形变相互作用的情况下，发展了金属和重掺杂杂质半导体中电子-声子耦合系统的喇曼散射理论。载流子的玻尔兹曼方程。由于与载流子的相互作用，声子频率和光学耦合常数被重新标准化。其中涉及的$k-$依赖的半经典介电函数，而不是Lindhard-Mermin表达式。给出了不同载流子浓度和电子-声子耦合常数的计算结果。
2003-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Impact Excitation by Hot Carriers in Carbon Nanotubes
从理论上研究了碳纳米管中分子内热载流子诱导碰撞电离和激发过程的效率。电子限制和减少屏蔽导致大大增强的激发效率超过那些在散装材料。强激子耦合有利于中性激发电离，而影响机制填充一组不同的状态比光激发产生的。激发速率受光学声子激发的强烈影响，并得到了激发速率与场强和光学声子温度的简单标度。
2006-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Tuning the effective fine structure constant in graphene: opposing effects of dielectric screening on short- and long-range potential scattering
我们通过在超高真空中添加水覆盖层来降低石墨烯中的无量纲相互作用强度，从而增加介电屏蔽。由于背景介电常数增强导致电子与带电杂质的相互作用减少，因此由长程杂质散射限制的迁移率增加了30%以上。然而，由于短距离杂质的载流子密度无关的电导率降低了近40%，由于减少了屏蔽的杂质电位的传导电子。最小电导率几乎不变，由于取消电子/空穴的水坑密度和长程杂质迁移率的贡献。实验数据进行了比较与理论预测具有良好的协议。
2008-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated screening of thermoelectric materials by first-principles computations of electron-phonon scattering
最近发现的用于热电能量转换的新材料是通过从第一原理有效预测材料的性能而实现的，而无需经验拟合的参数。描述了一种新的简化的计算电子输运性质的方法，与现有的方法相比，该方法具有良好的精度和可移植性，同时大大降低了复杂性和计算成本。电子-声子耦合的第一性原理计算表明，电子弛豫时间的能量依赖性随化学成分和载流子浓度的变化而显著变化，这表明有必要超越常用的近似来筛选和优化材料的成分、载流子浓度和微观结构。新的方法进行了验证，使用高精度的计算和验证的实验数据，然后将其应用于筛选和发现有前途的组合物在空间的半Heusler合金。通过分析数据趋势，有效电子质量被确定为决定材料性能的单一最佳通用描述符。从第一性原理出发计算了洛仑兹数，并讨论了Wiedemann-Franz定律在热电学中的普适性。
2018-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Efficient calculation of carrier scattering rates from first principles
材料的电子输运行为决定了它们对技术应用的适用性。我们开发了一种有效的方法计算载流子散射率的固态半导体和绝缘体的第一性原理输入。本方法扩展了现有的极性和非极性电子-声子耦合、电离杂质和压电散射机制，这些机制是为各向同性能带结构制定的，以支持高度各向异性的材料。我们通过计算16个半导体的电子输运性质并将结果与实验测量结果进行比较来测试形式主义。目前的工作适合用于高通量计算工作流程，并能够准确筛选载流子迁移率，寿命和热电功率。
2020-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Energy renormalizations of resident carriers and excitons in transition metal dichalcogenide monolayers
University of Rochester（罗切斯特大学）
研究了过渡金属二硫化物单层中驻留载流子和激子的能量重整化，通过电子电荷掺杂WSe₂单层的实验，揭示了动态屏蔽数学在该材料中的重要性。
2026-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Non-adiabatic suppression of 3D excitonic screening in black phosphorus by mid-infrared pulses
电子-空穴库仑吸引和三维介质屏蔽之间的竞争决定了层状半导体的光学性质。在低维材料中，光载流子的超快激发可以显著改变平衡介电环境，导致重整化带隙和激子结合能。最近，黑磷作为一种具有强烈层依赖性电子特性的2D材料出现。在这里，我们解决了相干响应的屏蔽子间隙光激发散装黑磷，并发现，中红外脉冲调谐跨带隙驱动瞬态非热抑制的介电屏蔽，这是揭示了单层激子共振的出现。我们的工作揭示了层间相互作用在确定2D材料的电子性质中的作用，并揭示了光学操纵它们的可能性，这对于多功能范德华低维材料的工程具有重要意义。
2021-11-24 cond-mat.mtrl-sci
Discovering and Understanding 2D Semiconductors with High Intrinsic Carrier Mobility at Room Temperature
二维（2D）半导体在下一代电子学和光电子学中表现出巨大的潜力。然而，目前的2D半导体在室温下固有地具有低载流子迁移率，这显著地限制了其应用。在这里，我们发现了各种新的2D半导体，其迁移率比目前的高一个数量级。这一发现是通过开发有效的描述符来进行2D材料数据库的高通量计算筛选，然后使用最先进的第一原理方法来准确计算迁移率。进一步的分析将其异常的迁移率归因于小的有效质量、高的声速、高的光学声子频率、小的玻恩电荷与极化率的比率和/或弱的电子-声子耦合。我们的工作开辟了新材料，以实现以前难以实现的高器件性能和/或奇异物理，并提高了对载流子输运机制的理解。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput computational screening for bipolar magnetic semiconductors
寻找具有可控自旋极化的铁磁半导体材料是自旋电子学的一个长期挑战。双极磁性半导体（BMS）的价带边和导带边在不同的自旋方向上完全自旋极化，在这方面显示出很大的前景，因为载流子的自旋极化方向可以很容易地通过电压门来调节。在这里，我们提出了一个标准的高通量计算筛选方案，用于搜索BMS材料。该计划的材料项目数据库的应用程序提供了11个内在的BMS材料（1个实验和10个理论）从近40000结构。其中发现了一种室温BMSLi_2V_3TeO_8（mp-771246），其居里温度为478 K。此外，BMS功能可以保持良好的切割块体Li 2 V3 TeO 8为（001）纳米薄膜的实际应用。本工作为从各种晶体结构数据库中发现新型本征BMS材料提供了一种可行的解决方案，为实现电场控制的自旋电子器件铺平了道路。
2021-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-carrier coupling in a metal halide perovskite nanocrystal assembly probed by two-dimensional coherent spectroscopy
本研究利用二维相干光谱，表征了无配体甲脒铅溴钙钛矿纳米晶组件中激子与自由载流子态的耦合，揭示了Fano干涉、耦合激发态及超快载流子热化，证实了100飞秒以下尺度的相干耦合。
2023-09-08 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput screening assisted discovery of a stable layered anti-ferromagnetic semiconductor: CdFeP2Se6
二维（2D）磁性的最新进展提高了人们对层状磁性材料的兴趣，因为它们具有自旋电子学的潜力。特别是，层状半导体反铁磁体表现出有趣的低维半导体行为与电荷和自旋作为载流子控制。然而，这些化合物的合成是具有挑战性的，并且仍然罕见。在这里，我们进行了基于第一性原理的高通量搜索，以筛选潜在稳定的混合金属磷三硫属化物（MM'P2X6，其中M和M'是过渡金属，X是硫属化物），其具有宽范围的可调带隙和有趣的磁性。在潜在的候选人，我们成功地合成了一个稳定的半导体层状磁性材料，CdFeP2Se6，表现出短程反铁磁秩序在TN = 21 K的间接带隙为2.23 eV。我们的工作表明，高通量筛选辅助合成是发现层状磁性材料的有效方法。
2022-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Picosecond dynamics of hot carriers and phonons and scintillator non-proportionality
我们已经开发了一个模型，描述了非热载流子和声子输运的基础上的非比例响应的振荡器。我们表明，在光子吸收后立即产生的e-h分布的热化可能需要比非比例信号形成的时间更长。载流子和LO声子分布在此期间保持非简并在准平衡温度远远超过室温。我们解决平衡方程描述在热的双极等离子体的电子/空穴和声子的能量交换。考虑到动态屏蔽，我们计算在所有温度下的双极扩散系数。NaI的非比例光产额计算结果与实验数据一致。我们讨论了一个非平衡模型的影响，比较其预测与模型的基础上运输的热化载体。最后，非平衡效应的证据建议的非比例曲线的形状和广泛的分散体中观察到的数据在阈值附近的K-浸渍光谱。预测曲线的比较表明，在7-8 eV的范围内的变形电位值良好的协议。
2012-06-08 cond-mat.mtrl-sci
