单层SrTiO$_3$的准粒子与激子性质
材料科学
2023-03-28 v1
摘要
钛酸锶SrTiO是被研究最多且最具代表性的过渡金属氧化物之一。最近，可制备厚度低至单层极限的自由-standing SrTiO超薄薄膜取得了突破。然而，单层SrTiO准粒子和光学性质上的多体效应仍未被探索。利用GW近似结合Bethe-Salpeter方程的最先进多体微扰理论，我们研究了单层SrTiO的准粒子能带结构、光学与激子性质。我们表明准粒子修正显著改变了能带结构拓扑；然而，广泛使用的对角方法产生了非物理的能带色散。只有考虑自能的非对角元才能恢复正确的能带色散。通过在光学极限和有限动量下计算电子能量损失谱研究了光学性质。我们发现长波极限下介电函数的虚部由三个强束缚激子峰主导，且直接光学带隙对应于一个具有0.93 eV大结合能的亮激子态。我们通过贡献的带间跃迁讨论了激子峰的特征，并揭示最低束缚激子态沿-M方向在有限动量下变为光学非活跃，而另外两个激子峰色散到更高能量并最终在接近M的动量处合并。
引用
@article{arxiv.2303.14830,
title = {Quasiparticle and excitonic properties of monolayer SrTiO$_3$},
author = {Lorenzo Varrassi and Peitao Liu and Cesare Franchini},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.14830},
year = {2023}
}
备注
10 pages, 4 figures