二维极性材料中的极化子与激子-极化子

我们提出了一个关于二维（2D）极性晶体单层中光学声子、Fröhlich 极化子以及激子-极化子的宏观理论。我们的理论将三维（3D）极性晶体中电子-声子问题的经典宏观表述扩展到了新一代二维材料。与三维情况类似，在我们的方法中，有效的电子-声子哈密顿量仅由宏观上可实验测量的量——单层在低频和高频下的二维极化率——来参数化。我们推导了长波纵向光学（LO）声子的色散关系，这可以看作是 Lyddane-Sachs-Teller 关系的二维形式，并采用中间耦合近似研究了二维 Fröhlich 极化子的形成。最后，我们将此方法应用于极性二维晶体中的激子，推导出由 LO 声子修饰的电子-空穴相互作用有效势。由于 LO 声子独特的色散关系，二维材料中的极化子和激子-极化子表现出其三维对应物所没有的独特特征。作为例证，我们计算了一组代表性二维极性晶体的极化子和激子-极化子结合能，展示了维度、材料极化率与电子-声子耦合之间的相互作用。