中國科學技術大學物理學院,、合肥微尺度物質科學國家研究中心、國際功能材料量子設計中心趙瑾教授,、鄭奇靖副教授基于自主知識產(chǎn)權的計算軟件Hefei-NAMD,，研究了銳鈦礦TiO2中的亮-暗激子轉化的動力學過程，揭示了多體效應在其中起到的重要作用,。最近,，該成果以“Ultrafast many-body bright-dark exciton transition in anatase TiO2”為題，發(fā)表在Proc. Natl. Acad. Sci.上,。
激子是凝聚態(tài)體系中電子和空穴以庫倫相互作用束縛在一起的準粒子,，以其與光的相互作用性質可以分為亮激子和暗激子，亮激子可以直接與光耦合,，對于物質的光吸收非常重要,，而暗激子由于有相對較長的壽命在量子信息、玻色-愛因斯坦凝聚,、以及能量轉化領域有很重要的應用,。在本工作中，我們利用準確包含多體效應的GW + real-time BSE 方法研究了銳鈦礦TiO2材料中亮-暗激子轉化的動力學過程,。銳鈦礦TiO2有很好的光吸收性質,，可以在光激發(fā)的條件下產(chǎn)生亮激子。同時,，由于材料具有間接帶隙的性質,，亮激子最終弛豫到帶邊形成暗激子。
在單粒子圖像下,，這種亮-暗激子的轉化主要由電聲耦合導致,。然而，當考慮了激子中的多體效應,，即電子-空穴的相互作用,，他們發(fā)現(xiàn)激子的轉移出現(xiàn)了新的通道，導致亮-暗激子的轉移時間尺度提升了數(shù)倍,，亮激子在100 fs左右的時間內轉化為暗激子,。在這個轉化過程中，激子的多體效應起到了關鍵作用,。
本工作揭示半導體材料中激子動力學中多體效應的作用機制,，對設計基于激子的光電器件和能源材料有重要的意義。
本工作是Hefei-NAMD程序的又一重要進展（程序主頁：https://hefei-namd.org/）,。論文第一作者王傲雷為物理學院博士生,，匹茲堡大學Hrvoje Petek教授參與了結果討論,。本工作受到基金委、科技部,、中國科學院等單位的支持,。
文章鏈接： https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2307671120
（物理學院、科研部）
