磁子-激子拖曳的玻尔兹曼输运理论

该研究团队开发了双层范德华反铁磁半导体CrSBr中磁振子-激子拖曳效应的微观理论。有效激子-磁振子耦合源于轨道机制:磁振子使层间磁化方向倾斜,实现电荷载流子隧穿,从而混合层内与层间激子并调控激子能量。基于对磁振子谱的计算(考虑了铬离子自旋间的短程交换作用、单离子各向异性及长程偶极-偶极相互作用),研究人员推导出激子-磁振子耦合的有效哈密顿量,其中后者导致小波矢下磁振子呈现负群速度。研究表明,尽管激子-磁振子相互作用对激子能量和有效质量的修正较小,但三种关键双磁振子过程——激子-磁振子散射、激子双磁振子吸收与双磁振子发射——具有极高效率。通过求解玻尔兹曼动力学方程,该工作评估出亚皮秒量级的短激子-磁振子散射时间,且该时间随磁振子浓度增加而显著减小。因此,激子-磁振子散射很可能主导了与激子-声子及激子-无序相互作用相关的其他散射过程。该团队证实磁振子可高效拖拽激子,产生远超本征各向异性扩散的大范围近各向同性激子传输。这些结果为近期CrSBr中异常激子输运观测[F. Dirnberger等,《自然·纳米技术》(2025)]提供了理论依据,并确立了磁振子-激子拖曳作为调控磁性系统中激子传输的强大机制。
作者所在地: VIP可见
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-12-05 16:06

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