論文の概要: Photoluminescence spectra of point defects in semiconductors: validation
of first principles calculations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2106.08608v3
- Date: Mon, 9 Aug 2021 15:53:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-26 13:26:39.086112
- Title: Photoluminescence spectra of point defects in semiconductors: validation
of first principles calculations
- Title（参考訳）: 半導体中の点欠陥の発光スペクトル:第一原理計算の検証
- Authors: Yu Jin, Marco Govoni, Gary Wolfowicz, Sean E. Sullivan, F. Joseph
Heremans, David D. Awschalom, Giulia Galli
- Abstract要約: ダイヤモンドおよびSiCの欠陥の発光スペクトルの計算と実験を組み合わせた研究を行った。
本研究では, 固相量子ビット, SiCの希薄中心, ダイヤモンドの窒素空孔の例に着目した。
ハイブリッド関数の使用は半局所関数よりも正確な結果をもたらす。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.36944296923226316
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Optically and magnetically active point defects in semiconductors are
interesting platforms for the development of solid-state quantum technologies.
Their optical properties are usually probed by measuring photoluminescence
spectra, which provide information on excitation energies and on the
interaction of electrons with lattice vibrations. We present a combined
computational and experimental study of photoluminescence spectra of defects in
diamond and SiC, aimed at assessing the validity of theoretical and numerical
approximations used in first principles calculations, including the use of the
Franck-Condon principle and the displaced harmonic oscillator approximation. We
focus on prototypical examples of solid-state qubits, the divacancy centers in
SiC and the nitrogen-vacancy in diamond, and we report computed
photoluminescence spectra as a function of temperature that are in very good
agreement with the measured ones. As expected we find that the use of hybrid
functionals leads to more accurate results than semilocal functionals.
Interestingly our calculations show that constrained density functional theory
(CDFT) and time-dependent hybrid DFT perform equally well in describing the
excited state potential energy surface of triplet states; our findings indicate
that CDFT, a relatively cheap computational approach, is sufficiently accurate
for the calculations of photoluminescence spectra of the defects studied here.
Finally, we find that only by correcting for finite-size effects and
extrapolating to the dilute limit, one can obtain a good agreement between
theory and experiment. Our results provide a detailed validation protocol of
first principles calculations of photoluminescence spectra, necessary both for
the interpretation of experiments and for robust predictions of the electronic
properties of point defects in semiconductors.
- Abstract（参考訳）: 半導体における光学および磁気活性点欠陥は、固体量子技術開発のための興味深いプラットフォームである。
それらの光学特性は通常、励起エネルギーや電子と格子振動の相互作用に関する情報を提供するフォトルミネッセンススペクトルの測定によって探される。
本稿では,第1原理計算における理論および数値近似の有効性を評価することを目的とした,ダイヤモンドおよびsicの欠陥の光発光スペクトルの計算と実験を組み合わせることにより,フランク・コンドン原理と配位調和振動子近似を用いた。
本研究では, 固相量子ビット, SiCの希薄度中心, ダイヤモンドの窒素空孔の原型例に着目し, 計算された発光スペクトルを測定値とよく一致した温度関数として報告する。
予想通り、ハイブリッド汎関数の使用は半局所汎関数よりもより正確な結果をもたらす。
興味深いことに,本研究では,三重項状態の励起状態ポテンシャルエネルギー面を記述する上で,制約密度汎関数理論 (CDFT) と時間依存ハイブリッドDFTが等しく有効であることを示し,比較的安価な計算手法であるCDFTが,ここで研究した欠陥の発光スペクトルの計算に十分正確であることを示唆している。
最後に、有限サイズの効果を補正し、希薄な極限を外挿することで、理論と実験の間に良い一致が得られることが分かる。
本研究は,光発光スペクトルの第一原理計算の詳細な検証プロトコルを提供し,実験の解釈と半導体の点欠陥の電子的性質の頑健な予測に必要である。
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