新型碳材料电-声子相互作用及其散射率的研究

发布时间：2023-12-10 07:48

　　随着计算物理的不断发展,通过理论计算预测新结构来指导实验合成得到人们想要的新型结构已经成为当前发展材料科学研究的有效途径。对于半导体材料,电-声子相互作用决定了材料的诸多重要性质(如光吸收、拉曼光谱、热载流子的热化机制等),通过计算寻找长寿命热载流子的材料被认为是设计和开发新型光伏材料最具可能的途径之一。本文针对近期理论上预测或在实验上成功合成出的新型碳材料,通过密度泛函理论并结合多体微扰理论及瓦尼尔函数插值方法对其电-声子相互作用及其散射率相关问题进行研究,具体内容分为如下两部分:首先研究了2017年在实验上合成出的T-carbon电-声子散射率和包含激子效应的光学性质,结果表明光学声子和声学声子分别主导了价带和导带边缘的散射。此外由于散射强度的不同,空穴的弛豫时间(0.5 ps)比电子的弛豫时间(0.24 ps)长,我们还通过计算预测出热空穴的平均自由程高达80 nm,而热电子的平均自由程只有15 nm,这导致对T-carbon中热载流子的提取范围不同。同时研究结果表明T-carbon中第一个暗激子辐射寿命为3.4 s,而第一个亮激子的辐射寿命为2.8 ns,低能级暗激子的辐射寿命...

【文章页数】：41 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 新型碳材料的性质及应用
    1.2 论文的主要研究内容
第二章 理论方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 绝热近似
        2.1.2 Hartee-Fock近似
        2.1.3 Hohenberg-Kohn定理
        2.1.4 Kohn-Sham方程
        2.1.5 交换关联泛函
    2.2 多体微扰理论
        2.2.1 GW近似
        2.2.2 Bethe-Salpeter方程
    2.3 Wannier函数及其在本论文计算中的应用
    2.4 论文相关理论与计算细节
        2.4.1 关于T-carbon研究的计算细节
        2.4.2 关于D-carbon研究的计算细节
第三章 T-carbon电-声子散射与光吸收性质
    3.1 引言
    3.2 计算模型
    3.3 计算结果与分析
        3.3.1 电子自能虚部
        3.3.2 散射率和弛豫时间
        3.3.3 平均自由程
        3.3.4 电-声子相互作用矩阵元
        3.3.5 包含激子效应的光吸收
    3.4 本章小结
第四章 D-carbon电-声子散射性质
    4.1 引言
    4.2 计算模型
    4.3 计算结果与分析
        4.3.1 声子色散曲线
        4.3.2 电子自能虚部
        4.3.3 散射率和弛豫时间
        4.3.4 平均自由程
    4.4 本章小结
第五章 论文总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的学术论文



本文编号：3872084