二维材料中热载流子和晶格弛豫性质的研究
结题报告
批准号:
11764031
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
40.0 万元
负责人:
赵国军
依托单位:
学科分类:
A2004.凝聚态物质电子结构
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
王舒东、毛宇、乌达巴拉、范晓林、郭蓉、辛红丽、郭荣
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中文摘要
热载流子动力学对电子、光电子、光伏和等离子器件的性能起着关键作用。热载流子的能量在纳米尺度和皮秒量级时间内损失,这一课题在理论计算和实验观测方面都具有挑战性。本项目中,我们拟采用密度泛函(微扰)理论结合多体微扰方法来研究类石墨烯二维材料中热载流子的弛豫性质(寿命),包括晶格弛豫对载流子散射机理及影响。通过计算电子-电子相互作用自能和电子-声子相互作用自能,我们能够给出热载流子的弛豫时间和平均自由程,并且可以把这些量直观的反映到相应的能带和k矢量上。通过对二维材料尺度的裁剪设计,可以将热载流子在小于自由程范围内的能量提取出来用以增加光伏器件的转换效率。该项目的研究结果将揭示二维材料中电-声子行为对热载流子动力学的影响,有助于推动类石墨烯二维材料电子器件的研发设计。
英文摘要
Hot carrier dynamics plays a key role in the performance of electronic, optoelectronic, photovoltaic and plasmonic devices. Hot carries lose energy over nanometer lengths and picosecond timescales and thus are challenging to study experimentally and theoretically. Here we are going to present density functional (perturbation) theory combining many-body perturbation theory to investigate hot carrier relaxation in graphene-like two-dimensional materials, including carrier relaxation mechanism and lifetime. After obtaining the electron-electron self-energies and electron-phonon self-energies, we can get the relaxation time and mean free path of hot carriers, and map the band and k dependence of these quantities. One can extract the energy within the mean free path in which the energy and momentum distributions of hot carriers are preserved, and thus enhance the efficiency of the optoelectronic devices. Our research will demonstrate the effect of electron-phonon interactions on the hot carrier dynamics in graphene-like two-dimensional materials and are able to push forward developing electronic devices based on there materials.
热载流子动力学对电子、光电子、光伏器件的性能起着关键作用。热载流子的能量在纳米尺度和皮秒量级时间内损失,这一课题在理论计算和实验观测方面都具有挑战性。本项目中,我们采用密度泛函(微扰)理论结合多体微扰方法,对诸如黑磷烯、砷锑化合物、Janus MoSSe、g-C3N4/MoS2异质结等二维材料,以及T-carbon、无机钙钛矿SrSnS3和SrSnSe3材料中的电-声子散射和热载流子等问题进行了系统研究。在详细计算电子自能虚部、电-声子散射率、热载流子弛豫时间及平均自由程等的基础上,进一步分析了不同声子模对散射率、热载流子弛豫时间等的影响,并给出了热载流子的最佳提取范围。作为项目研究的扩展,我们还对半导体三元混晶InxGa1−xAs材料的物性随混晶组分的变化,双层双面结构MoSSe和二维SiC/MoSSe van der Waals异质结中的激子问题等进行了初步研究,为下一步的研究工作奠定了基础。该项目的研究结果揭示了二维材料中电-声子相互作用对热载流子动力学的影响,为二维材料电子器件的研发设计提供了有意义的参考。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Electron-phonon interaction and scattering in phosphorene
磷烯中的电子-声子相互作用和散射
DOI:10.1088/1361-6463/aab2ce
发表时间:2018-04-18
期刊:JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS
影响因子:3.4
作者:Fan, Xiaolin;Zhao, Guojun;Wang, Shudong
通讯作者:Wang, Shudong
Enhanced electron?phonon scattering in Janus MoSSe
Janus MoSSe 中增强的电子声子散射
DOI:10.1088/1367-2630/ab54a6
发表时间:2019
期刊:New Journal of Physics
影响因子:3.3
作者:Guo Rong;Bu Xiangtian;Wang Shudong;Zhao Guojun
通讯作者:Zhao Guojun
Anion-dependent Hot Carrier Dynamics in Chalcogenide Perovskites SrSnX3 (X = S, Se)
硫属化物钙钛矿 SrSnX3 (X = S, Se) 中阴离子依赖性热载流子动力学
DOI:10.1021/acs.jpcc.8b08041
发表时间:2019-01-10
期刊:JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C
影响因子:3.7
作者:Guo, Rong;Wang, Shudong
通讯作者:Wang, Shudong
The hot carrier dynamics of graphitic carbon nitride/molybdenum disulfide heterojunctions
石墨氮化碳/二硫化钼异质结的热载流子动力学
DOI:10.1088/1361-6463/ab2b8c
发表时间:2019-07
期刊:Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子:--
作者:Guo Rong;Zhao Guojun;Wang Shudong
通讯作者:Wang Shudong
Electron-phonon scattering and excitonic effects in T-carbon.
T-碳中的电子-声子散射和激子效应
DOI:10.1039/d0ra02343d
发表时间:2020-06-24
期刊:RSC advances
影响因子:3.9
作者:
通讯作者:
功能半导体材料中多声子散射的理论研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    32万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    赵国军
  • 依托单位:
内蒙古大学理论物理学科发展与交流平台
  • 批准号:
    12147216
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    赵国军
  • 依托单位:
内蒙古大学理论物理学科发展与交流平台
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    赵国军
  • 依托单位:
国内基金
海外基金