揭示Bi2Se3体带结构中的光学跃迁与载流子复合动力学
介观与纳米尺度物理
2018-08-21 v2
摘要
硒化铋（Bi2Se3）是一种典型的三维拓扑绝缘体，其狄拉克表面态已在理论和实验上被广泛研究。然而，关于该半导体体带结构内电子和空穴的能量学及动力学却鲜为人知。我们利用中红外飞秒瞬态反射测量，在厚剥离纳米片中研究了宽能量范围（0.3–1.2 eV）内扩展体带结构中光激发电子和空穴的超快热化与复合动力学。10 K下反射率光谱线形的理论建模表明，电子和空穴是在费米能级位于最低导带底之上的致密冷电子气中被光激发的。我们确认了从第一和第二自旋轨道分裂价带到最低导带极小值之上费米能级的直接光学跃迁。由于光学声子发射以及与冷电子气的散射，光激发载流子在几皮秒内迅速热化至晶格温度。少数载流子空穴在10 K下于150 ps内、在300 K下于50 ps内与致密电子气复合。这种关于体带结构内电子和空穴相互作用的认知，为理解此类态如何与拓扑保护的狄拉克表面态动态相互作用奠定了基础。
引用
@article{arxiv.1805.09381,
title = {Revealing Optical Transitions and Carrier Recombination Dynamics within the Bulk Band Structure of Bi2Se3},
author = {Giriraj Jnawali and Samuel Linser and Iraj Abbasian Shojaei and Seyyedesadaf Pournia and Howard E. Jackson and Leigh M. Smith and Ryan F. Need and Stephen D. Wilson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1805.09381},
year = {2018}
}
备注
30 pages, 4 figures (Suppl. Info. 8 pages, 3 Tables, 3 Figures)