少层和bulk型GaSe的准粒子与激子结构：层间耦合、自能与电子-空穴相互作用
材料科学
2024-05-14 v1
摘要
金属单硫化物GaSe是一种经典的层状半导体，因其高度可调的电子和光学性质在 ultrathin 电子器件应用方面受到日益关注的研究。尽管已有大量研究努力，但关于GaSe层次依赖电子和光学性质的系统性理解仍不完整，不同实验之间存在显著差异。我们对少层和bulk型GaSe进行了GW加Bethe-Salpeter方程（BSE）计算，旨在理解层间耦合和介电屏蔽对GaSe激发态性质的影响，以及电子和光学性质如何从强烈二维（2D）特征转变为中间厚度层，再转变为三维（3D）bulk特征。通过一种新的定义激子结合能的方式，我们能够计算所有激子态的结合能。我们的结果揭示了激子结合能与其在实空间和动量空间中波函数扩散之间的有趣关联。我们发现，价带和导带带几乎平行的存在有助于形成在动量空间中扩散的激子态。因此，这些激子倾向于在实空间中局部化，具有较大的激子结合能。层间耦合显著抑制了单层系统中看到的类似墨西哥帽状价带顶端的色散，解释了随层厚度增加而显著增强的光致发光（PL）的原因。我们的结果也有助于解决不同实验之间的显著差异。当包括准粒子效应、激子效应以及激子的光学活性之后，我们的结果与已有的实验结果良好吻合。
引用
@article{arxiv.2405.07120,
title = {Quasiparticle and Excitonic Structures of Few-layer and Bulk GaSe: Interlayer Coupling, Self-energy, and Electron-hole Interaction},
author = {Fanhao Jia and Zhao Tang and Greis J. Cruz and Weiwei Gao and Shaowen Xu and Wei Ren and Peihong Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.07120},
year = {2024}
}