L'équipe de recherche du professeur Zhao Jin de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a réalisé d'importants progrès dans le développement de la dynamique des excitons de la vallée de spin. La recherche a développé une méthode ab initio de dynamique moléculaire non adiabatique (NAMD) basée sur la dynamique des excitons résolue en spin. L'équipe a obtenu la première image physique claire et complète de la dynamique des excitons de vallée dans MoS 2 du point de vue des calculs des premiers principes basés sur GW plus l'équation de Bethe-Salpeter en temps réel (GW + rtBSE-NAMD).

La méthode peut inclure avec précision les effets à plusieurs corps au niveau des premiers principes et briser le goulot d'étranglement de la méthode GW+BSE dans une dynamique dépendante du temps. Les résultats de la recherche ont été publiés dans Avancées scientifiques .

À partir d'enquêtes sur MoS 2 , la recherche fournit une image complète de la dynamique des excitons de la vallée du spin où la diffusion électron-phonon (e-ph), interaction spin-orbite (SOI), et les interactions électron-trou (e-h) entrent en jeu collectivement.

Dans ce travail, l'équipe développe une méthode NAMD ab initio basée sur GW plus la propagation en temps réel de l'ESB (GW + rtBSE-NAMD). Le SOI est inclus en utilisant les ensembles de base spinor, et le couplage e-ph est simulé en combinant ab initio MD (AIMD) avec l'ESB en temps réel. L'équipe a utilisé l'approximation de la fonction diélectrique rigide et a utilisé GW + rtBSE-NAMD pour étudier la dynamique des excitons de la vallée de spin dans le MoS monocouche 2 .

Il a été constaté que la transition d'exciton brillant à intervalles induit une dépolarisation rapide de la vallée en quelques picosecondes, qui fournissent une preuve directe que l'interaction d'échange e-h joue un rôle essentiel dans les transitions d'excitons brillants à intervalles dans les systèmes TMD.

La nouvelle méthode GW + rtBSE-NAMD fournit un outil puissant pour étudier la dynamique des excitons résolus en temps et en spin. Cette méthode peut également être largement appliquée à d'autres systèmes matériels pour étudier des problèmes physiques importants tels que la relaxation des excitons, durée de vie, dissociation, et interaction avec les défauts, ouvrir la porte au domaine de la dynamique des excitons dans les matériaux solides basée sur des principes premiers.