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A equipe de pesquisa do Prof. Zhao Jin da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) fez progressos importantes no desenvolvimento da dinâmica de excitons do vale do spin. A pesquisa desenvolveu um método de dinâmica molecular não adiabática ab initio (NAMD) baseado na dinâmica de excitons resolvidos por spin. A equipe obteve a primeira imagem física clara e completa da dinâmica do exciton do vale no MoS 2 da perspectiva dos cálculos de primeiros princípios com base na equação GW mais Bethe-Salpeter em tempo real (GW + rtBSE-NAMD).
O método pode incluir com precisão efeitos de muitos corpos no nível dos primeiros princípios e romper o gargalo do método GW + BSE na dinâmica dependente do tempo. Os resultados da pesquisa foram publicados em Avanços da Ciência .
Das investigações no MoS 2 , a pesquisa fornece uma imagem abrangente da dinâmica do exciton do vale do spin, onde o espalhamento elétron-fônon (e-ph), interação spin-órbita (SOI), e as interações elétron-buraco (e-h) entram em jogo coletivamente.
Nesse trabalho, a equipe desenvolveu um método ab initio NAMD baseado em GW mais propagação em tempo real de BSE (GW + rtBSE-NAMD). O SOI é incluído usando os conjuntos de base do spinor, e o acoplamento e-ph é simulado combinando ab initio MD (AIMD) com BSE em tempo real. A equipe usou a aproximação de função dielétrica rígida e usou GW + rtBSE-NAMD para investigar a dinâmica de exciton de vale de spin em MoS de monocamada 2 .
Verificou-se que a transição de exciton brilhante intervalley induz despolarização de vale rápida em alguns picossegundos, que fornecem evidências diretas de que a interação de troca e-h desempenha um papel essencial nas transições de exciton brilhante intervalley em sistemas TMD.
O método GW + rtBSE-NAMD recentemente desenvolvido fornece uma ferramenta poderosa para investigar a dinâmica de excitons resolvidos no tempo e no spin. Este método também pode ser amplamente aplicado a outros sistemas de materiais para estudar problemas físicos importantes, como relaxamento de exciton, tempo de vida, dissociação, e interação com defeitos, abrindo a porta para o campo da dinâmica de excitons em materiais sólidos com base nos primeiros princípios.
