Ab initio investigation on exciton-phonon interaction and exciton mobility in black phosphorene

激子 磷烯 声子 比克西顿 凝聚态物理 从头算 振荡器强度 黑磷 单层 材料科学 化学 物理 谱线 纳米技术 量子力学 带隙 光电子学
作者
Xirui Tian,Qijing Zheng,Xiang Jiang,Jin Zhao
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:108 (24) 被引量:6
标识
DOI:10.1103/physrevb.108.245118
摘要

Black phosphorene (BP) is an emerging two-dimensional material that has potentially wide applications in nano- and optoelectronics. Despite the strong excitonic effects observed in few-layer BP, there is still a lack of understanding regarding exciton-phonon (ex-ph) interaction and exciton mobility. In this work, using $\mathit{GW}$ plus real-time Bethe-Salpeter equation approach, it is revealed that the out-of-plane acoustic phonon mode $\mathit{ZA}$, and the optical phonon modes ${A}_{g}^{1}$ and ${A}_{g}^{2}$ couple strongly with the exciton. Among them, the ${A}_{g}^{2}$ mode has a uniquely significant influence on the oscillator strength. Driven by these ex-ph interactions, the exciton becomes more localized accompanied with strengthened binding and the absorption spectrum undergoes a notable renormalization at 300 K. In the framework of deformation potential theory, the exciton mobility of monolayer BP (MLBP) is found to be largely suppressed compared to the free-charge carriers, showing quasi-one-dimensional character. This work provides rich knowledge of ex-ph interaction and exciton mobility in MLBP at the ab initio level, offering insights for the understanding and controlling the exciton behavior in BP-based devices.
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