低维半导体中电子、声子及等离激元散射对热载流子寿命的影响

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11804173
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2004.凝聚态物质电子结构
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Photoelectric conversation efficiency (PCE) plays a key role in semiconductors. The photo-excited hot carriers could relax fast to the band edges through coupling with lattice vibrations and other interactions, which losing the energy as heat. Slowing down the relaxation of hot carriers is a important way to enhance the PCE. For low-dimensional semiconductors, the spacing of energy levels and phonon dispersion are different from the bulk counterparts due to the quantum confinement. Meanwhile, the hot carriers suffer from unique scattering owing to the relative weak screening. In this project, we aim to investigate the lifetime of the hot carriers, from atomic scale, resulting from the interaction of electron, phonon and plasmon via many body perturbation theory in low-dimensional semiconductors. Additionally, we will discuss the relaxation process and its dependence on the temperature through manipulating the electronic structures and phonon vibration modes, designing the hetero-junction and so on. Our findings will shed new light on extracting the extra energy of the hot carriers in low-dimensional materials.
半导体中,光电转换效率是衡量其光电性能的重要指标。受光激发形成的热载流子会通过与晶格振动耦合和其它相互作用快速的回到能带边缘,从而释放出热量。而减缓这一过程,是提高光电转换效率的重要途径。在低维半导体中,量子限制效应导致的能级间距和声子色散关系与块体材料大不相同。同时,较弱的屏蔽效应也使得热载流子受到的散射作用也独具特点。本项目中,我们利用多体微扰理论从原子尺度研究低维半导体中电子、声子及等离激元相互作用对热载流子寿命的影响,并在此基础上通过调控电子结构、声子振动方式及设计异质结结构来调节热载流子的弛豫过程,并给出其对温度的依赖关系,从理论上对低维半导体中热载流子能量的提取进行预测与设计。

结项摘要

热载流子的寿命对光电转换现象极其重要。本项目中,我们从多体微扰理论出发,研究了过渡金属二硫化物及其异质结、新型碳材料和单元素或其化合物二维半导体中热载流子的散射性质。研究结果发现在非对称的Janus MoSSe中,内在的电偶极矩导致声子对载流子的散射作用增强,对应的带边热载流子的寿命减小,平均自由程小于MoS2;二维范德华异质结g-C3N4/MoS2中热空穴的弛豫过程涉及到了相同层和不同层之间的转移,导致其衰减速度大于热电子;两类新型碳材料中,由于声子对空穴的散射强烈,导致热空穴平均自由程大于对应的热电子平均自由程;在AsSb二维材料中,横向光学声子对载流子的散射贡献很大,因此是影响其迁移率的主要因素。本项目的结论对于这些材料在光电子转换和热载流子收集方面的应用给予了有力的理论支撑。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Enhanced electron?phonon scattering in Janus MoSSe
Janus MoSSe 中增强的电子声子散射
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/ab54a6
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    New Journal of Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Guo Rong;Bu Xiangtian;Wang Shudong;Zhao Guojun
  • 通讯作者:
    Zhao Guojun
The electron–phonon scattering and carrier mobility in monolayer AsSb
单层AsSb中的电子-声子散射和载流子迁移率
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Phys.Chem.Chem.Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ying Luo;Guojun Zhao;Shudong Wang
  • 通讯作者:
    Shudong Wang
Electron-phonon scattering and mean free paths in D-carbon
D-碳中的电子声子散射和平均自由程
  • DOI:
    10.1039/c9cp06504k
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Xiangtian Bu;Shudong Wang
  • 通讯作者:
    Shudong Wang
The hot carrier dynamics of graphitic carbon nitride/molybdenum disulfide heterojunctions
石墨氮化碳/二硫化钼异质结的热载流子动力学
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/ab2b8c
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Physics D: Applied Physics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guo Rong;Zhao Guojun;Wang Shudong
  • 通讯作者:
    Wang Shudong
Electron–phonon scattering and excitonic effects in T-carbon
T-碳中的电子-声子散射和激子效应
  • DOI:
    10.1039/d0ra02343d
  • 发表时间:
    2020-06-24
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xiangtian Bu;Shudong Wang
  • 通讯作者:
    Shudong Wang

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其他文献

Magnetism and stability of noncompensated anion-cation codoped ZnO
非补偿阴阳离子共掺杂ZnO的磁性及稳定性
  • DOI:
    10.1063/1.4789013
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    潘靖;王舒东;张道宇;胡经国;陈乾;王金兰
  • 通讯作者:
    王金兰
Neuroprotective Effect of Parthenocissin A,A Natural Antioxidant and Free Radical Scavenger, in Focal Cerebral Ischemia of Rats
天然抗氧化剂和自由基清除剂爬山虎素 A 对大鼠局灶性脑缺血的神经保护作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Phytother Res
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    杨洁红;王玉;王舒东;吴斌;何山;潘远江;杜月光;万海同
  • 通讯作者:
    万海同
非补偿阴-阳离子共掺ZnO的磁性和稳定性的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    Journal of Applied Physics
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    潘靖;王舒东;胡经国;王金兰
  • 通讯作者:
    王金兰
Tunable interlayer excitons in two-dimensional SiC/MoSSe van der Waals heterostructures
二维 SiC/MoSSe 范德华异质结构中的可调谐层间激子
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2021.149144
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    X.R. Hou;王舒东
  • 通讯作者:
    王舒东
Stacking-tailoring quasiparticle energies and interlayer excitons in bilayer Janus MoSSe
双层 Janus MoSSe 中的堆叠剪裁准粒子能量和层间激子
  • DOI:
    10.1088/1367-2630/abd205
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    New Journal of Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Xin Zhang;Rongtian Pang;Xinrui Hou;王舒东
  • 通讯作者:
    王舒东

其他文献

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王舒东的其他基金

Janus范德华异质结中激子态的理论研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    37 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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