范德华价石墨烯碳链晶体的半导体-半金属转变
介观与纳米尺度物理
2025-10-22 v1
摘要
最近技术实现了由单原子碳链构成的自由悬空范德华价晶体 (碳yne)。本文通过连续波和时间分辨光致发光光谱实验，以及理论计算研究了其电子和光学性质。我们采用完全三维紧密绑定模型，对比密度泛函理论计算预测，在由约 42 个原子长的链组成的范德华价碳yne晶体中发生半金属-半导体转变。半导体相特征为双曲线 van Hove 奇点，导致非凡的双曲线激子态。实验上，我们访问半导体相，其中与双曲线激子相关的共振特征清晰可见。发现激子振荡强度对碳链长度高度敏感：实验显示其随碳链长度增加而减弱。该趋势由理论模型确认，表现为双曲线激子态在半导体-半金属交叉过程中演变的过程。我们的模型考虑了实际晶体几何结构，包括交替链内轨道和链间耦合。通过拟合紧密绑定 dispersion 到密度泛函理论数据，我们提取了一致的参数，建立了碳yne 晶体物理的综合框架。该研究为最终的单维碳晶体的带隙工程铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2510.18482,
title = {Semiconductor-Semimetal Transition in van der Waals Carbyne Crystals},
author = {Daniele Barettin and Stella V. Kavokina and Evgeny L. Ivchenko and Alexey V. Kavokin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.18482},
year = {2025}
}