Strongly Bound Excitons in Metal-Organic Framework MOF-5: A Many-Body Perturbation Theory Study

激子 微扰理论(量子力学) 带隙 半导体 绝缘体(电) 摄动(天文学) 贝特-萨尔彼得方程 物理 材料科学 凝聚态物理 量子力学 光电子学 束缚态
作者
Aseem Rajan Kshirsagar,Xavier Blase,Claudio Attaccalite,Roberta Poloni
标识
DOI:10.26434/chemrxiv.14034917.v1
摘要

During the past years, one of the most iconic metal-organic frameworks (MOFs), MOF-5, has been characterized as a semiconductor by theory and experiments. Here we employ the GW many-body perturbation theory in conjunction with the Bethe-Salpeter equation (BSE) to compute the electronic structure and optical properties of this MOF. The GW calculations show that MOF-5 is a wide band-gap insulator with a fundamental gap of ∼ 8 eV. The strong excitonic effects, arising from highly localized states and low screening, result in an optical gap of 4.5 eV and in an optical absorption spectrum in excellent agreement with experiments. The origin of the incorrect conclusion reported by past studies and the implication of this result are also discussed.

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