通过三级光致发射回收失效光子

爱因斯坦光电效应的关键洞见是：光子激发电子至少需要特定能量才能从材料中逸出。此前有百年之久，人们认为能量较低的激发电子对光致发射光谱没有贡献。本文表明，这些“失败”光子——无论是一次级还是二级——的能量可部分回收，以生成足以逸出的新的“三级”电子。这种“回收”步骤超越了传统光致发射过程的三个步骤（激发、传输、逸出），并通过一种涉及材料中三个不同少数电子态的新型 Auger 机制实现。我们发展了三能带模型，以修订后的四步光致发射框架处理此机制，包含 linewidth 窄化和强激发下种群反转等稳健特征，类似于激光现象。我们指出，此回收机制的条件很可能在许多具有多个远离费米能级平坦能带的量子材料中满足，并以 SrTiO3 为代表性案例加以阐述。我们进一步讨论了此机制如何解释 SrTiO3 表面的异常强 coherent 光致发射观察，并预测其在相关实验中的表现，包括低于工作函数的光致发射的“禁用”情况。本研究要求跨越广泛基础和应用研究领域（尤其是光致发射、光电阱和平坦能带材料）进行范式转变。