基于实时含时密度泛函的激光激发 Fe$_{1}$/(MgO)$_{3}$(001) 异质结构中各向异性载流子动力学
材料科学
2022-06-22 v1
摘要
利用实时域含时密度泛函理论（TDDFT）计算，研究了飞秒光脉冲与 Fe/(MgO)(001) 金属/氧化物异质结构的相互作用。我们系统地研究了电子激发对激光频率、峰值功率密度与偏振方向的依赖关系。虽然自旋轨道耦合仅导致微小的时间依赖磁化降低（小于 10%），但我们发现对平面内与面外偏振光的响应存在显著各向异性，且其性质随激发能量发生定性改变：低频下 Fe 层可被平面内偏振光有效激发，而对于高于 MgO 带隙的频率，我们发现在交叉面偏振光下中央 MgO 层响应尤其强烈。对于介于电荷转移隙与 MgO 带隙之间的激光激发，界面起最重要作用，因其介导了从 MgO 价带向费米能级之上紧邻的 Fe 态、以及从费米能级之下 Fe 态向 MgO 导带的协同跃迁。由于这些跃迁可同时发生并改变各层电荷平衡，其可能引致受激载流子向 MgO 体相的高效转移，其中相应的电子与空穴态可由远大于光子能量的能量差所分离。
引用
@article{arxiv.2205.03178,
title = {Anisotropic carrier dynamics in a laser-excited Fe$_{1}$/(MgO)$_{3}$(001) heterostructure from real-time time-dependent DFT},
author = {Elaheh Shomali and Markus E. Gruner and Rossitza Pentcheva},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.03178},
year = {2022}
}
备注
Phys. Rev. B, accepted for publication