Spin–orbit effects on the electronic and optical properties of lead iodide

带隙 密度泛函理论 自旋轨道相互作用 电子结构 碘化物 电子能带结构 光电子学 材料科学 吸收(声学) 吸收光谱法 化学 分子物理学 凝聚态物理 计算化学 物理 光学 无机化学 复合材料
作者
Woncheol Lee,Zhengyang Lyu,Zidong Li,Parag B. Deotare,Emmanouil Kioupakis
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:122 (21) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0146397
摘要

Lead iodide (PbI2) has gained much interest due to its direct electronic gap in the visible range and layered crystal structure. It has thereby been considered as a promising material for applications in atomically thin optoelectronic devices. In this work, we present a detailed investigation of the effect of spin–orbit coupling (SOC) that arises from the presence of heavy atoms on the electronic and optical properties of PbI2 using first-principles calculations based on density-functional theory and many-body perturbation theory. We find that SOC not only alters the bandgap but also induces the mixing of orbital characters, resulting in a significant change in the overall band structure and charge carrier effective masses. Moreover, the band orbital mixing caused by SOC results in the dramatic change in optical transition matrix elements and, correspondingly, the absorption spectrum. Our experimentally measured absorption spectra validate the calculation results and demonstrate the importance of SOC in the optical processes of PbI2. Our findings provide insights that are important for the potential use of PbI2 as a material platform for visible optoelectronic devices.
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