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金红石TiO2材料热电子弛豫动力学第一性原理计算研究

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中国科学:物理学力学天文学 2024年

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMD＿k）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为... 详细信息

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMD＿k）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV.结果显示,热电子弛豫过程主要包括两个阶段:（1）首先,热电子被散射到第一布里渊区的等能面上,形成热电子系综,此过程能量基本保持不变,只有动量发生变化,称为动量弛豫过程.对于Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV两种情况,动量弛豫时间均在15–25 fs之间;（2）随后,热电子系综作为一个整体逐渐弛豫至导带底,这一阶段称为能量弛豫过程,其中Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV的能量弛豫时间分别为39和97 fs.在热电子弛豫过程中,其能量通过电声耦合转移给体系晶格,激发更多的声子,TiO2是一种离子晶体,在热电子弛豫过程中,Fr?hlich电声耦合起到了关键作用,导致大部分热电子的能量转移至Γ点的A1g声子,激发了Ti-O拉伸的纵光学支声子.我们的研究为理解金红石TiO2体内的热电子弛豫与能量转化过程提供了新的理论基础.

关键词：第一性原理计算电声耦合热电子弛豫动量空间非绝热分子动力学

通过从头算非绝热分子动力学研究1T-VSe_(2)中的光激发诱导自旋动力学

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Science China Materials 2024年第4期67卷 1253-1259页

作者：陈林杰郑镇法郑奇靖李群祥赵瑾 Department of Chemical Physics School of ChemistryUniversity of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Department of Physics and ICQD/Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Hefei National Laboratory University of Science and Technology of ChinaHefei 230088China Key Laboratory of Precision and Intelligent Chemistry University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China

利用光激发来操控二维材料中的磁矩是实现光自旋电子学器件的基础.本工作中,我们利用从头算非绝热分子动力学模拟,研究了光激发如何改变二维铁磁金属VSe_(2)中的磁矩.我们发现自旋-轨道耦合作用和声子激发导致了自旋向上和自旋向下电子... 详细信息

利用光激发来操控二维材料中的磁矩是实现光自旋电子学器件的基础.本工作中,我们利用从头算非绝热分子动力学模拟,研究了光激发如何改变二维铁磁金属VSe_(2)中的磁矩.我们发现自旋-轨道耦合作用和声子激发导致了自旋向上和自旋向下电子态发生混合,并在费米能级以上1.0 eV附近形成了一个自旋混合区.当自旋向上或向下的电子在弛豫过程中经过这个混合区时,它们会丢失原有的自旋方向.当电子从费米面以上2.0 eV左右向下弛豫时,自旋向下的电子发生带内弛豫,而自旋向上的电子发生带间弛豫.因此,自旋向下电子的弛豫速度比自旋向上电子高出约一个数量级.这种自旋向上和自旋向下电子的动态行为差异导致了VSe_(2)的磁矩在光激发后10 fs内先增大,这对应了自旋向下电子失去了原始的自旋方向;随后,磁矩在100 fs内减小,这对应了自旋向上电子失去了原始自旋的方向;最后,系统的总磁矩在皮秒的时间尺度内逐渐恢复到光激发前的水平.这项工作为我们了解光激发如何操控二维材料的磁性提供了理论依据.

关键词：从头算弛豫过程费米面费米能级电子态自旋动力学二维材料非绝热

聚焦凝聚态体系激发态动力学开展理论和应用研究——中国科学技术大学赵瑾教授

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科技成果管理与研究 2022年第11期17卷 1-3页

作者：郑镇法赵瑾不详

激发态动力学是凝聚态物理中至关重要且富有挑战的科学问题.在清洁能源领域,光激发电子空穴的寿命、弛豫路径等动力学性质决定了太阳能转化的效率;在信息领域,激发态载流子的动力学是影响光电及自旋器件的关键因素.因此,理解不同材料中... 详细信息

激发态动力学是凝聚态物理中至关重要且富有挑战的科学问题.在清洁能源领域,光激发电子空穴的寿命、弛豫路径等动力学性质决定了太阳能转化的效率;在信息领域,激发态载流子的动力学是影响光电及自旋器件的关键因素.因此,理解不同材料中的激发态载流子动力学一直是科学家们关注的重点.

关键词：中国科学技术大学凝聚态物理电子空穴动力学性质理论和应用清洁能源激发态光激发

通过从头算非绝热分子动力学研究1T-VSe,中的光激发诱导自旋动力学（英文）

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Science China Materials 2024年

作者：陈林杰郑镇法郑奇靖李群祥赵瑾 Department of Chemical Physics School of Chemistry University of Science and Technology of China Department of Physics and ICQD/Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale University of Science and Technology of China Hefei National Laboratory University of Science and Technology of China Key Laboratory of Precision and Intelligent Chemistry University of Science and Technology of China

利用光激发来操控二维材料中的磁矩是实现光自旋电子学器件的基础.本工作中,我们利用从头算非绝热分子动力学模拟,研究了光激发如何改变二维铁磁金属VSe2中的磁矩.我们发现自旋-轨道耦合作用和声子激发导致了自旋向上和自旋向下电子态...

利用光激发来操控二维材料中的磁矩是实现光自旋电子学器件的基础.本工作中,我们利用从头算非绝热分子动力学模拟,研究了光激发如何改变二维铁磁金属VSe2中的磁矩.我们发现自旋-轨道耦合作用和声子激发导致了自旋向上和自旋向下电子态发生混合,并在费米能级以上1.0 eV附近形成了一个自旋混合区.当自旋向上或向下的电子在弛豫过程中经过这个混合区时,它们会丢失原有的自旋方向.当电子从费米面以上2.0 eV左右向下弛豫时,自旋向下的电子发生带内弛豫,而自旋向上的电子发生带间弛豫.因此,自旋向下电子的弛豫速度比自旋向上电子高出约一个数量级.这种自旋向上和自旋向下电子的动态行为差异导致了VSe2的磁矩在光激发后10 fs内先增大,这对应了自旋向下电子失去了原始的自旋方向;随后,磁矩在100 fs内减小,这对应了自旋向上电子失去了原始自旋的方向;最后,系统的总磁矩在皮秒的时间尺度内逐渐恢复到光激发前的水平.这项工作为我们了解光激发如何操控二维材料的磁性提供了理论依据.

关键词：

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凝聚态体系中激发态载流子动力学研究

物理学报 2021年第17期70卷 184-215页

作者：郑镇法蒋翔褚维斌张丽丽郭宏礼赵传寓王亚南王傲雷郑奇靖赵瑾中国科学技术大学物理系合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心中科院强耦合量子材料物理重点实验室合肥230026 匹兹堡大学物理与天文系匹兹堡15260

激发态动力学是凝聚态物理中至关重要且富有挑战的科学问题,不仅需要从时间、空间、能量和动量等多个维度来描述,同时还需要考虑各种准粒子的相互作用以及多体效应.本文聚焦凝聚态体系激发态动力学的理论和应用研究,结合含时密度泛函、G... 详细信息

激发态动力学是凝聚态物理中至关重要且富有挑战的科学问题,不仅需要从时间、空间、能量和动量等多个维度来描述,同时还需要考虑各种准粒子的相互作用以及多体效应.本文聚焦凝聚态体系激发态动力学的理论和应用研究,结合含时密度泛函、GW-BSE与面跳跃方法,发展了激发态动力学第一性原理计算软件Hefei-NAMD,构建了可以同时从时间、空间、动量、能量、自旋等多个维度研究凝聚态体系激发态动力学的理论和程序框架,并实现了自旋分辨的GW+real-time BSE(GW+rtBSE)激子动力学.利用这套方法,研究了凝聚态体系激发态动力学的许多问题,包括界面电荷转移动力学、电子空穴复合动力学以及二维TMD材料的谷激子动力学等.这些研究从第一性原理计算的角度,模拟激发态载流子在实空间、能量空间和动量空间的含时演化,为凝聚态体系的激发态动力学及准粒子耦合过程提供了深刻细致的理解.

关键词：激发态动力学 Hefei-NAMD 非绝热分子动力学 GW+real-time BSE

Ab initio nonadiabatic molecular dynamics study on spin–orbit coupling induced spin dynamics in ferromagnetic metals

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Chinese Physics B 2024年第1期33卷 156-163页

作者：朱万松郑镇法郑奇靖赵瑾 Department of Physics and ICQD/Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Department of Physics and Astronomy University of PittsburghPittsburghPennsylvania 15260USA

Understanding the photoexcitation induced spin dynamics in ferromagnetic metals is important for the design of photo-controlled ultrafast spintronic *** this work,by the ab initio nonadiabatic molecular dynamics simulation,we have studied the spin dynamics induced by spin–orbit coupling(SOC)in Co and Fe using both spin-diabatic and spin-adiabatic *** Co system,it is found that the Fermi surface(E_(F))is predominantly contributed by the spin-minority *** SOC induced spin flip will occur for the photo-excited spin-majority electrons as they relax to the E_(F),and the spin-minority electrons tend to relax to the EFwith the same spin through the electron–phonon coupling(EPC).The reduction of spin-majority electrons and the increase of spin-minority electrons lead to demagnetization of Co within100 *** contrast,in Fe system,the E_(F) is dominated by the spin-majority *** this case,the SOC induced spin flip occurs for the photo-excited spin-minority electrons,which leads to a magnetization *** we move the E_(F) of Fe to higher energy by 0.6eV,the E_(F) will be contributed by the spin-minority states and the demagnetization will be observed *** work provides a new perspective for understanding the SOC induced spin dynamics mechanism in magnetic metal systems.

关键词： nonadiabatic molecular dynamics spin dynamics spin–orbit coupling ferromagnetic metal

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新中国60年“双十条经验”的唯物史观透析

教学与研究 2009年第10期 21-27页

作者：郑镇福建省委党校哲学部福建福州350001

1981年,党的十一届六中全会认真总结了新中国成立以来30年社会主义建设的十条经验,表明我们党在吸取经验教训的基础上回归历史唯物主义。2008年,胡锦涛同志总结改革开放30年来的十条经验,充分展现了我们党在改革开放中对历史唯物主义创... 详细信息

1981年,党的十一届六中全会认真总结了新中国成立以来30年社会主义建设的十条经验,表明我们党在吸取经验教训的基础上回归历史唯物主义。2008年,胡锦涛同志总结改革开放30年来的十条经验,充分展现了我们党在改革开放中对历史唯物主义创造性的运用与发展。新中国成立60年的经验证明,历史唯物主义是我们取得社会主义革命和建设胜利的法宝。

关键词：前十条经验后十条经验唯物史观