Flat-Band-Enabled Triplet Excitonic Insulator in a Diatomic Kagome Lattice

物理 双原子分子 凝聚态物理 激子 格子(音乐) 基态 结合能 电子 交换互动 原子物理学 量子力学 分子 声学 铁磁性
作者
Gurjyot Sethi,Yinong Zhou,Linghan Zhu,Li Yang,Feng Liu
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:126 (19) 被引量:62
标识
DOI:10.1103/physrevlett.126.196403
摘要

The excitonic insulator (EI) state is a strongly correlated many-body ground state, arising from an instability in the band structure towards exciton formation. We show that the flat valence and conduction bands of a semiconducting diatomic Kagome lattice, as exemplified in a superatomic graphene lattice, can possibly conspire to enable an interesting triplet EI state, based on density functional theory (DFT) calculations combined with many-body GW and Bethe-Salpeter Equation(BSE). Our results indicate that massive carriers in flat bands with highly localized electron and hole wavefunctions significantly reduce the screening and enhance the exchange interaction, leading to an unusually large triplet exciton binding energy (~1.1 eV) exceeding the GW band gap by ~0.2 eV and a large singlet-triplet splitting of ~0.4 eV. Our findings enrich once again the intriguing physics of flat bands and extend the scope of EI materials.
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