Strongly enhanced shift current at exciton resonances in a noncentrosymmetric wide-gap semiconductor
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Le résumé fourni par la source
Excitons are fundamental quasiparticles that are ubiquitous in photoexcited semiconductors and insulators. Despite causing a sharp and strong photoabsorption near the interband absorption edge, charge-neutral excitons do not yield photocurrent in conventional photovoltaic processes unless dissociated into free charge carriers. Here, we experimentally demonstrate that excitons can directly contribute to photocurrent generation through a nonlinear light-matter interaction in a noncentrosymmetric semiconductor CuI. Epitaxial thin films of CuI exhibit a substantial enhancement of photocurrent at exciton resonance energies even below the bandgap. From the light polarization dependence, this photocurrent is identified to be shift current, a nonlinear photocurrent driven by the change in the geometric Berry phase of electron wave functions upon the optical transition. The shift current at the exciton resonance is much larger than that induced above the band gap by free electron-hole excitation, and their signs are opposite. First-principles calculations elucidate that the sign and magnitude of the exciton shift current are strongly dependent on the strain in the thin film. The present study reveals the crucial role of excitons in enhancing the shift current magnitude and its strain sensitivity, and will open an unprecedented route for efficient manipulation of nonlinear optical effects.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Strongly enhanced shift current at exciton resonances in a noncentrosymmetric wide-gap semiconductor
- Date Crossref
- 16/11/2024
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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RIKEN Center for Emergent Matter Science pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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National Center for Theoretical Sciences pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Institute of Atomic and Molecular Sciences pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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The University of Tokyo Department of Applied Physics and Quantum-Phase Electronics Center (QPEC) pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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National Taiwan University Department of Physics pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Physics Division pays non établi dans la noticeInstitution
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Fundamental Quantum Science Program pays non établi dans la noticeInstitution
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Tokyo College pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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