半导体中激子-激子相互作用和双激子的变分与场论方法
半导体中被称为激子的束缚电子-空穴对因其在光电器件和应用中的潜力而成为研究热点,特别是在二维材料领域。虽然这些系统中自由激子的性质已被充分理解,但由于其复合性质导致不同激子间全同费米子的交换,对其相互作用的通用描述变得复杂。该研究团队采用变分方法研究Wannier激子间的相互作用,并在自旋简并的电子和空穴系统中获得了两个基态激子间的有效相互作用势。该势通常是非定域的,并取决于粒子的耦合自旋。当特化为具有重空穴的类氢激子时,该势变为定域势,并精确再现了两个相互作用氢原子的Heitler-London结果。因此,该结果可被解释为Heitler-London势向任意质量的推广。包含激发态修正后,在大距离处得到范德瓦尔斯势,这是由相互作用的诱导偶极-偶极性质所预期的。此外,该工作使用路径积分形式发展了激子气体的多体理论,得到了形式上包含激子间多体相互作用的激子作用量。虽然代表激子的场严格满足玻色性,但该研究阐明了内部交换过程如何在场论处理中出现,并证明了在壳上计算时,与激子间相互作用对应的图样与该团队的变分计算一致。该研究的方法和结果为激子-激子相互作用的广义理论及其在双激子光谱和相关激子物质研究中的应用奠定了基础。