量子科技中心_量科网

高能载流子作用下的化学键断裂是物理和化学领域中诸多重要现象的核心机制，包括辐射损伤、热载流子退化、半导体中掺杂剂-氢复合物的激活以及光催化过程。从第一性原理描述这些过程一直是学界难以企及的目标。本研究提出了一个全面的键解离理论框架，强调了非绝热方法的必要性。研究团队以硅氢键解离（热载流子退化的主要过程）为范例进行基准测试。氢原子对硅悬空键的钝化在所有硅器件中至关重要，因其能消除电活性的带隙中间态，因此理解这些键的解离机制对器件技术具有决定性意义。虽然非绝热方法的必要性已被前人认知，但明确获得固态系统的非绝热态始终是重大挑战。该工作展示了如何通过对第一性原理密度泛函理论获得的哈密顿量进行分区处理来获取这些状态。结果表明：当电子暂时占据反键态时，会产生高度排斥的激发态势能，导致氢核波包位移并快速传播，从而引发键断裂。基于门泽尔-戈默-雷德黑德（MGR）模型，研究发现核波包在飞秒时间尺度上沿该激发态势能移动后，即使系统弛豫回基态，部分波包仍能继续传播，这使得解离概率的定量测定成为可能。该成果不仅为载流子诱导化学键断裂的基本过程提供了关键认知，更具体阐明了硅器件中氢相关退化的微观机制。