转角双层石墨烯量子点的偏振依赖选择定则与光谱图集
介观与纳米尺度物理
2021-10-05 v1
摘要
揭示对称性如何将光学偏振信息编码进分子与材料的选择定则中，对其光谱分析、显示技术和量子计算等光电应用十分重要。在此，我们通过圆偏振的旋转算符和线偏振的 重旋转算符（或反射算符），将偏振依赖的选择定则从原子推广到具有点群描述的固体系统。作为石墨烯量子点（GQD）的一种变体，转角双层石墨烯量子点（TBGQD）无疑继承了 GQD 的优势，包括超薄厚度、优异的生物相容性以及形状和尺寸可调的光吸收/发射。我们进而自然发问：TBGQD 的电子结构与光学性质如何依赖于尺寸、形状、扭转角和关联效应。我们构建了具有 个点群的丰富类型 TBGQD，并获得了所有类型的光学选择定则数据库，其中电流算符矩阵元辨识出广义偏振依赖选择定则。我们的结果表明，电子和光学带隙均遵循幂律标度，且扭转角在修正尺寸标度中起主导作用。我们绘制了 TBGQD 中尺寸与扭转角的光学电导图集。作为有限尺寸量子限制效应的结果，在该图集中理论上预测了一类在转角双层石墨烯块体中不存在的新型光学电导峰，其具有从红外到紫外的多个离散吸收频率，可用于光伏器件和光电探测器。该图集与尺寸标度提供了完整的结构/对称性-功能关联，从而为实现集成碳光电子学中 TBGQD 基本单元光学性质的优异几何调控提供了途径。
引用
@article{arxiv.2110.01323,
title = {Polarization-dependent selection rules and optical spectrum atlas of twisted bilayer graphene quantum dots},
author = {Yunhua Wang and Guodong Yu and Malte Rösner and Mikhail I. Katsnelson and Hai-Qing Lin and Shengjun Yuan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.01323},
year = {2021}
}