固体系统中的共振态与核动力学：硅氢键断裂的案例研究

高能载流子存在下的键断裂是物理和化学中许多重要现象的核心问题，包括辐射损伤、热载流子降解、掺杂-氢化合物活化以及光催化。从第一性原理描述这些过程一直是不可实现的目标。本文引入了一个全面的理论框架来描述断裂过程，强调非绝对化方法的必要性。我们对硅氢键断裂进行基准测试，这是热载流子降解的初始过程。Si空位键通过氢化物的掩蔽在所有Si器件中至关重要，因为它消除了电活跃的介导能级；因此，理解这些键的断裂机制对于器件技术至关重要。虽然人们已经认识到非绝对化方法的必要性，但显式获取固体系统的迦能态一直是未解决的挑战。我们演示了如何通过对从第一性原理密度泛函理论获得的哈密顿量应用分区方案来获取这些状态。我们的结果表明，当电子暂时占据反键态时，键断裂可以发生，产生高度斥力的激发态势能，导致氢核波包迅速位移和传播。基于Menzel-Gomer-Redhead (MGR)模型，我们表明在纳秒时间尺度上沿该激发态势能移动后，部分核波包可以在系统回归基态后继续传播，从而确定断裂概率。我们的结果为理解载流子诱导的键破坏提供了基本见解，特别是阐明了硅器件中与氢有关的降解机制。