Cu$_2$O中的偶激子系列

在$\mathrm{Cu_{2}O}$中宇称是好的量子数，因此激子谱分为两部分：负宇称和奇角动量的偶极活跃激子态（可在单光子吸收中观测，$\Gamma_4^-$对称性）与正宇称和偶角动量的激子态（可在双光子吸收中观测，$\Gamma_5^+$对称性）。在双光子吸收中意外观测到$D$激子以及在单光子吸收中观测到$F$激子，证明了$\Gamma_5^+$轨道价带的色散特性导致了黄系和绿系激子系列的耦合。本文中，我们展示了偶和奇宇称激子系统可以在同一理论方法内一致描述。然而，与奇激子情况相比，偶宇称系统的哈密顿量需要修正以考虑$1S$激子非常小的半径。在所给出的处理中，我们特别关注中心胞修正，包括可比拟极化子半径距离处库仑势的屏蔽减弱、导致激子分裂为正和仲态的交换相互作用，以及动能中$p$四次方项的纳入。由于黄$1S$激子态与所有其他正宇称态耦合，我们展示了中心胞修正如何影响整个偶激子系列。绿$1S$激子与黄激子系列态的紧密共振对所有涉及态的能量和振子强度有强烈影响。理论与实验在$\mathrm{Cu_{2}O}$中偶和奇激子系统的能量和振子强度方面的一致性，是所应用理论有效性的有力证明。