論文の概要: Classical dynamics and semiclassical analysis of excitons in cuprous oxide
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.18303v1
- Date: Wed, 27 Mar 2024 06:58:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-28 18:06:46.041533
- Title: Classical dynamics and semiclassical analysis of excitons in cuprous oxide
- Title（参考訳）: 銅酸化物中の励起子の古典力学と半古典的解析
- Authors: Jan Ertl, Michael Marquardt, Moritz Schumacher, Patric Rommel, Jörg Main, Manfred Bayer,
- Abstract要約: 酸化銅中の励起子の古典的および半古典的理論を包括的に導出した。
特に,エキシトンダイナミクスのエネルギー依存性について検討する。
半古典的および量子力学的エクシトン再帰スペクトルの一致は、古典的および半古典的アプローチの妥当性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Excitons, as bound states of electrons and holes, embody the solid state analogue of the hydrogen atom, whose quantum spectrum is explained within a classical framework by the Bohr-Sommerfeld atomic model. In a first hydrogenlike approximation the spectra of excitons are also well described by a Rydberg series, however, due to the surrounding crystal environment deviations from this series can be observed. A theoretical treatment of excitons in cuprous oxide needs to include the band structure of the crystal, leading to a prominent fine-structure splitting in the quantum spectra. This is achieved by introducing additional spin degrees of freedom into the system, making the existence and meaningfulness of classical exciton orbits in the physical system a non-trivial question. Recently, we have uncovered the contributions of periodic exciton orbits directly in the quantum mechanical recurrence spectra of cuprous oxide [J. Ertl et al., Phys. Rev. Lett. 129, 067401 (2022)] by application of a scaling technique and fixing the energy of the classical dynamics to a value corresponding to a principle quantum number $n=5$ in the hydrogenlike case. Here, we present a comprehensive derivation of the classical and semiclassical theory of excitons in cuprous oxide. In particular, we investigate the energy dependence of the exciton dynamics. Both the semiclassical and quantum mechanical recurrence spectra exhibit stronger deviations from the hydrogenlike behavior with decreasing energy, which is related to a growing influence of the spin-orbit coupling and thus a higher velocity of the secular motion of the exciton orbits. The excellent agreement between semiclassical and quantum mechanical exciton recurrence spectra demonstrates the validity of the classical and semiclassical approach to excitons in cuprous oxide.
- Abstract（参考訳）: 励起体は電子とホールの境界状態として水素原子の固体類似体を具現化し、その量子スペクトルはボーア・ソマーフェルト原子モデルによって古典的な枠組みの中で説明される。
最初の水素様近似では、励起子のスペクトルはライドバーグ級数でもよく説明されるが、この級数からの周囲の結晶環境のずれが観察できる。
立方体酸化物中の励起子の理論的処理には、結晶のバンド構造を含める必要があり、量子スペクトルにおいて顕著な微細構造が分裂する。
これは系に追加の自由度を導入することで達成され、物理系における古典的な励起子軌道の存在と有意義性は非自明な問題である。
近年,酸化銅の量子力学的再帰スペクトル(J. Ertl et al , Phys. Lett. Lev. 19, 067401 (2022)) における周期的励起子軌道の寄与が,水素様の場合の原理量子数$n=5$に対応する値に古典力学のエネルギーを固定することによって明らかになった。
ここでは、銅酸化物中の励起子の古典的および半古典的理論の包括的導出を示す。
特に,エキシトンダイナミクスのエネルギー依存性について検討する。
半古典的および量子的機械的再帰スペクトルは、スピン軌道結合の影響が増大し、エキシトン軌道の世俗運動の速度が上昇することと関連して、水素のような挙動からエネルギーを減少させることによってより強い偏差を示す。
半古典的および量子力学的エクシトン再帰スペクトルの優れた一致は、古典的および半古典的エクシトンによる酸化銅中のエクシトンへのアプローチの有効性を示す。
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