可剥离一维半导体材料中的准粒子效应与强激子特征
材料科学
2025-10-13 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
我们报告了对最近发现的可剥离一维半导体材料的电子和光学性质进行的全面第一性原理研究，重点关注由范德华键合体晶体衍生而来的硫系元素基原子链。具体而言，我们研究了共价键合的 S3 和 Te3 链，以及极性键合的 As2S3 和 Bi2Te3 链，采用完全第一性原理方法，结合密度泛函理论（DFT）、密度泛函微扰理论（DFPT）以及 GW 近似和 Bethe-Salpeter 方程（BSE）框架下的多体微扰理论。我们的振动分析表明，独立的悬浮导线在动力学上保持稳定，其区中心光学声子模式导致红外活性。本研究的主要发现是存在极强的激子结合能（1-3 eV），使这些新型一维材料成为室温激子应用的理想平台。有趣的是，激子特性保持 Wannier-Mott 型，如平均电子-空穴分离距离大于晶格常数所表明的那样。值得注意的是，这些材料的光学带隙跨越很宽的范围——从红外（0.8 eV，Bi2Te3），经可见光谱（黄色：2.17 eV，Te3；蓝色：2.71 eV，As2S3），到紫外（4.07 eV，S3）——突显了它们在宽带光电应用中的多功能性。我们的结果提供了对这些低维材料光电行为的详细多体视角，并强调了它们在下一代纳米尺度光电器件中的应用潜力。
引用
@article{arxiv.2510.09194,
title = {Quasiparticle effects and strong excitonic features in exfoliable 1D semiconducting materials},
author = {Simone Grillo and Chiara Cignarella and Friedhelm Bechstedt and Paola Gori and Maurizia Palummo and Davide Campi and Nicola Marzari and Olivia Pulci},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.09194},
year = {2025}
}
备注
33 pages, 7 figures, supporting information