氧化锌和锐钛矿中的电子-声子弛豫与激发电子分布
材料科学
2015-06-04 v1
摘要
我们提出了一种第一性原理方法，用于计算半导体导带中激发电子的时间依赖电子分布函数。该方法考虑了外部源对电子的激发以及通过电子-声子耦合向导带底的弛豫。该方法允许计算非平衡电子分布函数、稳态光源下的准稳态分布函数、准稳态分布建立的时间以及通过弛豫到导带底的能量损失时间。实际计算针对锐钛矿结构的二氧化钛和纤锌矿结构的氧化锌进行。我们发现，ZnO的准稳态电子分布函数是一个费米型曲线，随激发能量线性上升，而锐钛矿的类似曲线由一个主峰和一个肩峰组成。计算表明，激发电子的弛豫和准稳态分布的建立发生在ZnO不超过500飞秒、锐钛矿不超过100飞秒的时间内。我们还讨论了具有能量无关电子-声子跃迁概率的有效声子模型的适用性。我们发现该模型仅能再现特征时间变化的趋势，而此类计算的精度不高。还评估了准稳态电子分布下向声子的能量传递速率，并讨论了这种传递对光催化的影响。我们发现，ZnO的该速率约为锐钛矿的1/5。
引用
@article{arxiv.1203.3033,
title = {Electron-phonon relaxation and excited electron distribution in zinc oxide and anatase},
author = {V. P. Zhukov and V. G. Tyuterev and E. V. Chulkov},
journal= {arXiv preprint arXiv:1203.3033},
year = {2015}
}
备注
21 p., 9 figures