Excited state dynamics in monolayer black phosphorus revisited: Accounting for many-body effects

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作者
Alexey V. Akimov
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:155 (13) 被引量:19
标识
DOI:10.1063/5.0065606
摘要

The dynamics of electron–hole recombination in pristine and defect-containing monolayer black phosphorus (ML-BP) has been studied computationally by several groups relying on the one-particle description of electronic excited states. Our recent developments enabled a more sophisticated and accurate treatment of excited states dynamics in systems with pronounced excitonic effects, including 2D materials such as ML-BP. In this work, I present a comprehensive characterization of optoelectronic properties and nonadiabatic dynamics of the ground state recovery in pristine and divacancy-containing ML-BP, relying on the linear-response time-dependent density functional theory description of excited states combined with several trajectory surface hopping methodologies and decoherence correction schemes. This work presents a revision and new implementation of the decoherence-induced surface hopping methodology. Several popular algorithms for nonadiabatic dynamics algorithms are assessed. The kinetics of nonradiative relaxation of lower-lying excited states in ML-BP systems is revised considering the new methodological developments. A general mechanism that explains the sensitivity of the nonradiative dynamics to the presence of divacancy defect in ML-BP is proposed. According to this mechanism, the excited states’ relaxation may be inhibited by the presence of energetically close higher-energy states if electronic decoherence is present in the system.
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