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2024 article

Fermionic versus bosonic thermalization in phonon-driven exciton dynamics: An analytic dimensionality study

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Excitons are compound particles formed from an electron and a hole in semiconductors. The impact of this substructure on the phonon-exciton interaction is described by a closed system of microscopic scattering equations. To calculate the actual excitonic thermalization properties beyond the pure bosonic picture, this equation is derived directly from an electron-hole picture within the Heisenberg equation of motion framework. In addition to the well-known bosonic character of the compound particles, we identified processes of a repulsive, fermionic type, as well as attractive carrier exchange contributing to the scattering process. In this analytical study we give general statements about the thermalization of excitons in two- and three-dimensional semiconductors. We give insights on the strong dependence of the thermalization characteristics of the exciton Bohr radius and the thermalization wavelength. Above all, we analytically provide arguments why a bosonic behavior of excitons---such as an enhanced ground-state occupation---requires the dominant phonon scattering to be quasielastic. Acoustic phonons tend to fulfill this, as each scattering event only takes small amounts of energy out of the distribution, while optical phonons tend to prevent macroscopic occupations of the lowest exciton state, since the Pauli repulsion between the individual carriers will then dominate the thermalization dynamics.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Fermionic versus bosonic thermalization in phonon-driven exciton dynamics: An analytic dimensionality study
Date Crossref
02/04/2024
Éditeur
American Physical Society (APS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude et ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

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Sujets associés

Strong Light-Matter InteractionsPerovskite Materials and ApplicationsQuantum and electron transport phenomena

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