Tuning the Nonradiative Electron–Hole Recombination with Defects in Monolayer Black Phosphorus

重组 单层 激发态 带隙 电子 黑磷 联轴节(管道) 原子物理学 材料科学 分子物理学 化学 化学物理 光电子学 物理 纳米技术 生物化学 量子力学 冶金 基因
作者
Xue Pei,Fang Qiu,Run Long
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (43): 10162-10168 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c03006
摘要

We use nonadiabatic (NA) molecular dynamics to demonstrate that the nonradiative electron–hole recombination is delayed and accelerated by the Stone-Wales (SWs) and phosphorus divacancy (DV-(5|7)) defects in monolayer black phosphorus (BP). Both types of defects increase the bandgap by 0.1 eV without creating midgap states. Driven by P–P stretching vibrations, the recombination proceeds within 1 ns in the SW and within 100 ps in the DV-(5|7), respectively, which occurs within 332 ps in BP. The SW defect slows down recombination because the notably reduced NA coupling combined with a large bandgap competes to the long-lived coherence. In contrast, the DV defect accelerates recombination since long-lived coherence is superior to the slightly decreased NA coupling correlated with a tiny increased bandgap. The diverse time scales rationalize the broad range of charge carrier lifetimes reported experimentally. The study provides a strategy to engineer excited-state dynamics for improving the BP-based optoelectronics.
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