Excitons in Hematite Fe2O3: Short-Time Dynamics from TD-DFT and Non-Adiabatic Dynamics Theories

极化子 绝热过程 激发态 激子 声子 放松(心理学) 电子 基态 表面跳跃 物理 原子物理学 比克西顿 凝聚态物理 化学 量子力学 社会心理学 心理学
作者
Lili Rassouli,Mohammad Shakiba,Alexey V. Akimov,Xuyan Ma,Michel Dupuis
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:128 (33): 13681-13693
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.4c03247
摘要

We present a first-principles study of the short-time dynamics of excitons in hematite Fe2O3. We used time-dependent density functional theory (TD-DFT) with an underlying DFT+U treatment of electron interactions to characterize the electronic structure of excitons and nonadiabatic molecular dynamics theory (NA-MD) to determine their recombination (electronic ground-state recovery) and relaxation dynamics. Decoherence-corrected trajectory surface hopping approaches in NA-MD simulations yielded recovery times of ∼1.1 to 1.8 ns and "higher-lying" exciton relaxation times of ∼60 to 70 fs, in accord with experimentally derived lifetimes. With hematite phonons in the range of ∼100 to 700 cm–1, higher-lying excitons relax within one or two oscillations of the phonons before getting trapped into an electron–hole pair Exc-3 structure on the first excited state potential energy surface. This structure resembles already a pair of polarons (electron polaron plus hole polaron) with associated lattice distortions three (3) basal planes away. On longer time scales, the electron–hole bipolaronic pair hops to structures Exc-5, then Exc-7, then Exc-9, ... with the electron polaron and hole polaron separated by 5, 7, 9, ... basal planes in a process of charge separation. The largest frequency phonon ∼672 cm–1 for the Exc-3 exciton structure is associated with the electron polaron moiety of the exciton. This phonon is a good candidate for giving rise to the recently observed and reported postexcitation transient IR absorption peak.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
萧然完成签到,获得积分10
刚刚
LJJ完成签到 ,获得积分10
刚刚
mumuaidafu完成签到 ,获得积分10
刚刚
杨蒙博发布了新的文献求助10
刚刚
晴天完成签到,获得积分10
1秒前
Ansge发布了新的文献求助10
1秒前
2秒前
清秀的碧彤完成签到,获得积分10
3秒前
5秒前
sci来来来完成签到,获得积分10
6秒前
知性的新之完成签到,获得积分10
6秒前
LEO2025完成签到,获得积分10
7秒前
solkatt完成签到 ,获得积分10
7秒前
研友_8oBM7Z发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
鸭子完成签到,获得积分10
9秒前
冷静灵竹完成签到 ,获得积分10
10秒前
现代的绿真完成签到,获得积分10
12秒前
叶叠叠草亦苍翠完成签到 ,获得积分10
12秒前
xx发布了新的文献求助10
12秒前
芹菜完成签到,获得积分10
12秒前
丘比特应助多余采纳,获得10
13秒前
灰灰完成签到,获得积分10
13秒前
爱学习的捣蛋鬼完成签到,获得积分10
13秒前
123完成签到,获得积分10
13秒前
YY完成签到,获得积分10
16秒前
xx完成签到,获得积分10
19秒前
默默向雪完成签到,获得积分10
20秒前
21秒前
彭于晏应助科研通管家采纳,获得30
21秒前
lx应助科研通管家采纳,获得10
21秒前
星辰大海应助科研通管家采纳,获得10
21秒前
大个应助科研通管家采纳,获得10
21秒前
Mezzanine应助科研通管家采纳,获得10
21秒前
能干砖头应助科研通管家采纳,获得10
22秒前
丘比特应助杨蒙博采纳,获得10
22秒前
能干砖头应助科研通管家采纳,获得10
22秒前
昏睡的衬衫完成签到,获得积分10
22秒前
22秒前
旧日完成签到,获得积分10
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Cronologia da história de Macau 5000
Petrology and Plate Tectonics 800
Prompt Engineering for Clinicians: Harnessing AI in Everyday Medical Practice 600
Electrode Potentials 550
Handbook Of Synthetic Methodologies And Protocols Of Nanomaterials 500
Trees of tropical Asia : an illustrated guide to diversity 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 光电子学 物理化学 电极 基因 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6989534
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8666618
关于积分的说明 18372329
捐赠科研通 6459440
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3096483
关于科研通互助平台的介绍 2157070
邀请新用户注册赠送积分活动 2072827