Năng lượng exciton trong đơn lớp titanium trisulfide từ lý thuyết nhiễu loạn bậc hai

Tóm tắt

Các công trình trước đây đã thành công trong việc tính năng lượng exciton cho một
số loại vật liệu bán dẫn dị hướng bằng phương pháp số. Trong công trình này, chúng tôi
tiếp cận bài toán bằng phương pháp giải tích với lý thuyết nhiễu loạn cho một loại vật liệu
bán dẫn dị hướng là đơn lớp titanium trisulfide (TiS3). Do lý thuyết nhiễu loạn truyền thống
không cho kết quả chính xác với bài toán dị hướng, chúng tôi đã sử dụng lý thuyết nhiễu
loạn có điều tiết. Bước đầu tiên là chuẩn hóa thang đo không gian nhằm chuyển phần dị
hướng trong thành phần động năng Hamiltonian vào thành phần thế Rytova-Keldysh, sau
đó áp dụng phép biến đổi Levi-Civita để đưa phương trình Schrödinger về dạng dao động
tử phi điều hòa và biểu diễn nó dưới dạng đại số bằng các toán tử sinh-hủy lượng tử. Từ
đó, chúng tôi tính toán được các yếu tố ma trận dưới dạng giải tích. Sử dụng lý thuyết nhiễu
loạn có điều tiết, chúng tôi xây dựng biểu thức bổ chính năng lượng đến bậc hai. Kiểm tra
bằng tính số cho thấy độ chính xác của lý thuyết nhiễu loạn bậc hai rất cao với sai số phần
lớn dưới 1.0 meV so với các số liệu chính xác cao từ phương pháp số. Điều này có ý nghĩa
quan trọng, gợi ý cho việc sử dụng lý thuyết nhiễu loạn bậc hai để xây dựng biểu thức giải
tích cho năng lượng exciton trong đơn lớp bán dẫn dị hướng trong các công trình tiếp theo.