Quasiparticle and Optical Properties of Carrier-Doped Monolayer MoTe2 from First Principles

准粒子 激子 凝聚态物理 GW近似 光致发光 兴奋剂 单层 等离子体子 电介质 材料科学 物理 重整化 贝特-萨尔彼得方程 纳米技术 量子力学 光电子学 束缚态 超导电性
作者
Aurélie Champagne,Jonah B. Haber,Supavit Pokawanvit,Diana Y. Qiu,Souvik Biswas,Harry A. Atwater,Felipe H. da Jornada,Jeffrey B. Neaton
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (10): 4274-4281 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c00386
摘要

The intrinsic weak and highly nonlocal dielectric screening of two-dimensional materials is well-known to lead to high sensitivity of their optoelectronic properties to environment. Less studied theoretically is the role of free carriers in those properties. Here, we use ab initio GW and Bethe-Salpeter equation calculations, with a rigorous treatment of dynamical screening and local-field effects, to study the doping dependence of the quasiparticle and optical properties of a monolayer transition-metal dichalcogenide, 2H MoTe2. We predict a quasiparticle band gap renormalization of several hundreds of meV for experimentally attainable carrier densities and a similarly sizable decrease in the exciton binding energy. This results in an almost constant excitation energy for the lowest-energy exciton resonance with an increasing doping density. Using a newly developed and generally applicable plasmon-pole model and a self-consistent solution of the Bethe-Salpeter equation, we reveal the importance of accurately capturing both dynamical and local-field effects to understand detailed photoluminescence measurements.
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