來源：PHYS ORG

一個研究小組發現了銳鈦礦型TiO2中明暗激子躍遷的動力變化。他們的研究結果發表在《美國國家科學院院刊》上。

激子是凝聚態物質系統中的電子和空穴通過庫侖相互作用結合形成的準粒子，表現出明激子和暗激子的獨特特性。明激子直接與光耦合并在光吸收中發揮關鍵作用，而暗激子因其相對較長的壽命，在量子信息處理、玻色-愛因斯坦凝聚和光能收集中具有重要意義。

該研究由中國科學技術大學趙瑾教授和鄭奇靖副教授領導，匹茲堡大學教授Hrvoje Petek合作。

該研究利用GW加上實時Bethe-Salpeter方程，結合非絕熱分子動力學（GW + rtBSE-NAMD），探索了銳鈦礦TiO2（一種半導體材料，以其獨特的光吸收能力和在光激發下激活明激子的能力而聞名）中光激發明激子到強束縛動量禁阻暗激子的形成動力變化。由于材料的間接帶隙性質，明激子最終弛豫到帶邊緣，形成暗激子。

考慮到激子內的多體效應——電子和空穴之間的相互作用，明暗激子躍遷展示了一條新的途徑。這一發現揭示了過渡過程的延長時間尺度，明激子在大約100飛秒內轉變為暗激子，比之前理解的要快幾倍。至關重要的是，激子內的多體效應在這一轉變過程中發揮了關鍵作用。

這項研究揭示了半導體材料的激子動力變化如何受到多體相互作用的影響，為設計基于光的設備和能源材料提供了重要的見解。它還體現了在揭示激子復雜動力學方面的協作努力和創新計算方法，為材料科學和技術的進步鋪平了道路。

審核編輯 黃宇