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Phonon Assisted Exciton Processes in Two-Dimensional Tungsten Monocarbide
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2024-05-10 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.4c02062 Rishabh Saraswat 1 , Miroslav Kolos 2 , Rekha Verma 1 , František Karlický 2 , Sitangshu Bhattacharya 3
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2024-05-10 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.4c02062 Rishabh Saraswat 1 , Miroslav Kolos 2 , Rekha Verma 1 , František Karlický 2 , Sitangshu Bhattacharya 3
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In this study, we utilized a rigorous ab initio-based finite momentum Bethe–Salpeter equation to investigate the photoluminescence emission in two-dimensional hexagonal tungsten carbide (h-WC). This thermodynamically stable monolayer exhibits an indirect optical gap, resulting in phonon-assisted emission. We observe that light absorption is a direct process centered around the direct quasiparticle gap, while light emission is indirect and requires modes between Γ–M in the phonon dispersion. The emission lines feature prominent phonon replicas at cryogenic temperatures, particularly near-infrared wavelengths (1.09 and 1.17 eV), and we observe exciton thermalization with the crystal beyond 25 K. Additionally, nonradiative recombination is a remarkably fast process, on the order of a few femtoseconds (4.8 fs at 0 K and 2.8 fs at 300 K), compared to radiative recombination (2.3 ps at 0 K and 214 ns at 300 K). These optical characteristics of 2D h-WC may facilitate the promise of photon-emitter devices for near-infrared signal communication.
中文翻译：
二维一碳化钨中的声子辅助激子过程
在这项研究中，我们利用严格的从头算有限动量 Bethe-Salpeter 方程来研究二维六方碳化钨 (h-WC) 的光致发光发射。这种热力学稳定的单层表现出间接光学间隙，从而产生声子辅助发射。我们观察到光吸收是一个以直接准粒子间隙为中心的直接过程，而光发射是间接的，并且需要声子色散中 Γ-M 之间的模式。发射线在低温下具有显着的声子复制品，特别是近红外波长（1.09 和 1.17 eV），并且我们观察到晶体的激子热化超过 25 K。此外，非辐射复合是一个非常快的过程，大约为与辐射复合（0 K 时 2.3 ps，300 K 时 214 ns）相比，只需几个飞秒（0 K 时为 4.8 fs，300 K 时为 2.8 fs）。 2D h-WC 的这些光学特性可能有助于实现近红外信号通信的光子发射器器件的前景。
更新日期：2024-05-10
中文翻译：
二维一碳化钨中的声子辅助激子过程
在这项研究中，我们利用严格的从头算有限动量 Bethe-Salpeter 方程来研究二维六方碳化钨 (h-WC) 的光致发光发射。这种热力学稳定的单层表现出间接光学间隙，从而产生声子辅助发射。我们观察到光吸收是一个以直接准粒子间隙为中心的直接过程，而光发射是间接的，并且需要声子色散中 Γ-M 之间的模式。发射线在低温下具有显着的声子复制品，特别是近红外波长（1.09 和 1.17 eV），并且我们观察到晶体的激子热化超过 25 K。此外，非辐射复合是一个非常快的过程，大约为与辐射复合（0 K 时 2.3 ps，300 K 时 214 ns）相比，只需几个飞秒（0 K 时为 4.8 fs，300 K 时为 2.8 fs）。 2D h-WC 的这些光学特性可能有助于实现近红外信号通信的光子发射器器件的前景。
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