Efficiency of band edge optical transitions of two-dimensional monolayer materials: A high-throughput computational study
Notice bibliographique
Résumé
We performed high-throughput density functional theory calculations of optical matrix elements between band edges across a diverse set of non-magnetic two-dimensional monolayers with direct band gaps. Materials were ranked as potential optical emitters, leading to the identification of transition-metal nitrogen halides (ZrNCl, TiNBr, TiNCl) and bismuth chalcohalides (BiTeCl) with optical coupling comparable to or exceeding MoS$_2$. Despite strong in-plane dipole transitions, most two-dimensional materials underperform bulk semiconductors due to the absence of out-of-plane components. To elucidate interband transitions, we introduced the orbital overlap tensor and established a correlation between anomalous Born effective charges and optical coupling, linking charge redistribution to transition strength. We also identified chalcogen-mediated $d$-$d$ transition as a key mechanism enabling optical responses in transition-metal dichalcogenides. We derived an analytical radiative recombination model incorporating multi-valley effects and found that excitonic corrections are essential for accurate lifetime predictions. Some direct-gap materials exhibit dark excitons as their lowest-energy states, classifying them as quasi-direct band gap semiconductors, which is critical for tuning excitonic recombination dynamics.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,004 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».