通过机械阻尼揭示半导体中载流子复合路径的竞争

传统上，半导体中载流子的总复合率由加性模型 $r_{total} = \Sigma r_i$ 表示，这排除了载流子复合路径之间的相互作用。本文通过新开发的光致机械吸收光谱（LIMAS）技术展示了路径间的竞争，挑战了这一范式。该技术使我们能够通过机械阻尼探测半导体中真实的复合动力学。我们证明，在硫化锌（ZnS）这种模型半导体材料中，总复合率遵循乘性加权模型 $r_{total} \propto \Pi r_i^{(w_i)}$ 且 $\Sigma w_i=1$。在稳态和开启照明条件下，直接复合、陷阱辅助复合和亚线性复合等各复合路径的加权因子 $w_i$ 均由载流子产生机制决定： 带间跃迁有利于直接复合； 单一缺陷能级介导的产生促进陷阱辅助复合； 涉及多个饱和缺陷能级的产生导致亚线性复合。在关闭光照时，局域态变化驱动 $w_i$ 发生动态演化，从而改变路径竞争。这些发现重塑了我们对载流子动力学的基本理解，并为优化下一代光电器件提供了新策略。