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物理学 > 化学物理

arXiv:2505.07230v1 (physics)
[提交于 2025年5月12日 ]

标题: 通过原子模拟揭示量子点中的激子陷阱动力学和非辐射损失路径

标题: Unraveling Exciton Trap Dynamics and Nonradiative Loss Pathways in Quantum Dots via Atomistic Simulations

Authors:Bokang Hou, Salvatore Gatto, Samuel L. Rudge, Johan E. Runeson, Michael Thoss, Eran Rabani
摘要: 胶体量子点中的表面缺陷是非辐射损耗的主要来源,但导致激子捕获和复合的微观机制仍然不清楚。 在这里,我们基于原子电子计算开发了一个模型哈密顿量,以研究含有由未配位硫原子引入的单一空穴陷阱的CdSe/CdS核/壳QD中的激子动力学。 通过系统地改变缺陷深度和重组能,我们揭示了由缺陷引起的激子态如何介导能量弛豫路径。 我们的模拟显示,单一局域化缺陷可以诱导丰富的激子态光谱,从而导致多种动力学状态,从缓慢的能量失谐捕获到快速的通过带间缺陷态的级联弛豫。 至关重要的是,我们量化了缺陷引起的极化子移动和激子-声子耦合如何支配高效辐射发射与快速非辐射衰减之间的平衡。 这些见解澄清了缺陷辅助损失通道的微观起源,并提出了通过表面和缺陷工程调整QD光电性能的途径。
摘要: Surface defects in colloidal quantum dots are a major source of nonradiative losses, yet the microscopic mechanisms underlying exciton trapping and recombination remain elusive. Here, we develop a model Hamiltonian based on atomistic electronic calculations to investigate exciton dynamics in CdSe/CdS core/shell QDs containing a single hole trap introduced by an unpassivated sulfur atom. By systematically varying the defect depth and reorganization energy, we uncover how defect-induced excitonic states mediate energy relaxation pathways. Our simulations reveal that a single localized defect can induce a rich spectrum of excitonic states, leading to multiple dynamical regimes, from slow, energetically off-resonant trapping to fast, cascaded relaxation through in-gap defect states. Crucially, we quantify how defect-induced polaron shifts and exciton-phonon couplings govern the balance between efficient radiative emission and rapid nonradiative decay. These insights clarify the microscopic origin of defect-assisted loss channels and suggest pathways for tailoring QD optoelectronic properties via surface and defect engineering.
主题: 化学物理 (physics.chem-ph) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2505.07230 [physics.chem-ph]
  (或者 arXiv:2505.07230v1 [physics.chem-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.07230
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Bokang Hou [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 5 月 12 日 05:01:35 UTC (1,624 KB)
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