Excitons and Optical Response in Excitonic Insulator Candidate TiSe$_2$

TiSe$_2$中介导剂密度波(CDW)相的起源是高度争议的话题，主要驱动机制提出了晶格相关性和激子相关性。其中一种提出的情景是激子绝缘体(EI)机制，其中柔软的电子模式驱动相变。然而，该纯电子模式的存在存在争议。本文通过Bethe-Salpeter方程包含电子-空子激子效应，对TiSe$_2$的电子激发谱进行完全ab initio计算。在正常的高温相中，激发谱以1.6 eV的激子模式为主，而不存在能够支持EI相的明确柔软电子模式。在CDW相中，结构扭曲导致Ti-d和Se-p态之间出现CDW带隙，从而支持光谱中两个低能激子模式的形成，这两个模式分别位于0.4 eV和80 meV。接近转变温度$T_{\rm CDW}$时，这两个激子模式被软化并接近零能。这些结果表明，EI机制在TiSe$_2$ CDW相的形成中并非主要驱动力，但在相图中靠近$T_{\rm CDW}$的区域可能存在EI涨落的相关性。