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Excitation-Wavelength-Dependent Charge-Carrier Lifetime in Hematite: An Insight from Nonadiabatic Molecular Dynamics
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2023-03-03 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c00052 Hongliang Li 1 , Meng Guo 2 , Zhaohui Zhou 3 , Run Long 1 , Wei-Hai Fang 1
The Journal of Physical Chemistry Letters ( IF 4.8 ) Pub Date : 2023-03-03 , DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c00052 Hongliang Li 1 , Meng Guo 2 , Zhaohui Zhou 3 , Run Long 1 , Wei-Hai Fang 1
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Experiments have reported that the photoexcited carrier lifetime in α-Fe2O3 has a significant excitation-wavelength dependence but leave the physical mechanism unresolved. In this work, we rationalize the puzzling excitation-wavelength dependence of the photoexcited carrier dynamics in Fe2O3 by performing nonadiabatic molecular dynamics simulation based on the strongly constrained and appropriately normed functional, which accurately describes the electronic structure of Fe2O3. Photogenerated electrons with lower-energy excitation relax fast in the t2g conduction band within about 100 fs, while the photogenerated electrons with higher-energy excitation undergo first a slower interband relaxation from the eg lower state to the t2g upper state on a time scale of 135 ps, followed by the much faster t2g intraband relaxation. This study provides insight into the experimentally reported excitation-wavelength dependence of the carrier lifetime in Fe2O3 and a reference for regulating photogenerated carrier dynamics in transition-metal oxides through the light excitation wavelength.
中文翻译：
赤铁矿中与激发波长相关的载流子寿命：来自非绝热分子动力学的见解
实验表明，α-Fe 2 O 3中的光激发载流子寿命具有显着的激发波长依赖性，但其物理机制尚未解决。在这项工作中，我们通过基于强约束和适当范数泛函的非绝热分子动力学模拟来合理化Fe 2 O 3中光激发载流子动力学令人费解的激发波长依赖性，它准确地描述了 Fe 2 O 3的电子结构。具有较低能量激发的光生电子在 t 2g中快速弛豫导带在大约 100 fs 以内，而具有更高能量激发的光生电子首先在 135 ps 的时间尺度上经历从 e g较低状态到 t 2g较高状态的较慢带间弛豫，然后是更快的 t 2g带内松弛。本研究提供了对实验报告的 Fe 2 O 3中载流子寿命的激发波长依赖性的深入了解，并为通过光激发波长调节过渡金属氧化物中的光生载流子动力学提供了参考。
更新日期：2023-03-03
中文翻译：
赤铁矿中与激发波长相关的载流子寿命：来自非绝热分子动力学的见解
实验表明，α-Fe 2 O 3中的光激发载流子寿命具有显着的激发波长依赖性，但其物理机制尚未解决。在这项工作中，我们通过基于强约束和适当范数泛函的非绝热分子动力学模拟来合理化Fe 2 O 3中光激发载流子动力学令人费解的激发波长依赖性，它准确地描述了 Fe 2 O 3的电子结构。具有较低能量激发的光生电子在 t 2g中快速弛豫导带在大约 100 fs 以内，而具有更高能量激发的光生电子首先在 135 ps 的时间尺度上经历从 e g较低状态到 t 2g较高状态的较慢带间弛豫，然后是更快的 t 2g带内松弛。本研究提供了对实验报告的 Fe 2 O 3中载流子寿命的激发波长依赖性的深入了解，并为通过光激发波长调节过渡金属氧化物中的光生载流子动力学提供了参考。
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