拓扑绝缘体 Bi$_2$Se$_3$ 中高效载流子倍增的直接证据
材料科学
2024-05-03 v1
摘要
载流子倍增（CM）——即单个光子的吸收通过碰撞电离产生多个电子-空穴对的现象——在探索将太阳能电池性能提升超越 Shockley-Queisser 极限的过程中发挥着关键作用。拓扑绝缘体 BiSe 相对于可见光光子能量的窄带隙，加之其阻碍能量有效耗散至声子的低声子频率，使其成为高效 CM 的最佳候选材料。在此，我们使用时间分辨和角分辨光电子能谱（trARPES）追踪了在 eV 可见光泵浦脉冲激发 BiSe 后的电子-空穴对数量。我们发现，在泵浦脉冲消失很久之后，导带内的电子数和价带内的空穴数仍在持续增加，这为 CM 提供了直接证据。我们还分析了瞬态能带结构以及导带内的热载流子动力学，为光激发 BiSe 中的非平衡载流子动力学提供了完整的图景，这现在可以作为新型光电应用的基础。
引用
@article{arxiv.2405.01323,
title = {Direct evidence for efficient carrier multiplication in the topological insulator Bi$_2$Se$_3$},
author = {Michael Herb and Leonard Weigl and Niklas Hofman and Johannes Gradl and Jason F. Khoury and Leslie Schoop and Isabella Gierz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.01323},
year = {2024}
}
备注
16 pages, 7 figures