SiC 片层与纳米管光学性质中的激子效应
介观与纳米尺度物理
2011-08-23 v1 材料科学
摘要
本文通过第一性原理多体计算，分别采用 GW 和 GW 加 Bethe-Salpeter 方程（GW+BSE）方法，研究了单壁锯齿型和扶手椅型 SiC 纳米管（SiC-NTs）以及单层 SiC 片层的准粒子能带结构和光学性质。发现 GW 准粒子修正对局域密度近似（LDA）计算得到的 Kohn-Sham 带隙有超过 1.0 eV 的显著修正。GW 自能修正将 SiC 片层从 LDA 的间接带隙材料转变为直接带隙材料。此外，不同手性的 SiC-NTs 的准粒子带隙随管径的变化行为差异很大，这可归因于不同手性纳米管之间曲率诱导的轨道再杂化差异。计算得到的光吸收谱主要由分立激子峰主导，这些激子峰源于 SiC 片层和 SiC-NTs 中具有高达 2.0 eV 大结合能的激子态。强束缚激子的形成归因于这些低维系统中增强的电子-空穴相互作用。值得注意的是，在锯齿型 SiC-NTs 中，激子波函数的激发电子振幅在靠近空穴位置（位于 C 位）的 Si 原子上出现峰值，表明光激发导致阴离子（空穴）向邻近阳离子的电荷转移。相比之下，在扶手椅型 SiC-NTs 的激子波函数中，这种显著的峰结构消失。此外，在扶手椅型 SiC-NTs 中，束缚激子波函数更加局域化，并且具有强烈的圆柱不对称性。
引用
@article{arxiv.1105.5531,
title = {Excitonic effects in the optical properties of SiC sheet and nanotubes},
author = {H. C. Hsueh and G. Y. Guo and Steven G. Louie},
journal= {arXiv preprint arXiv:1105.5531},
year = {2011}
}