Signatures de dimensionnalité et de symétrie dans la structure de bande des excitons : conséquences pour la dynamique et le transport des excitons

La dynamique des excitons, leurs durées de vie et leur diffusion sont directement liées à la dispersion ou à la structure de bande des excitons. Ici, nous présentons une théorie générale de la structure de bande des excitons dans les approches ab initio et Hamiltoniennes modèles. Nous montrons que contrairement à l'hypothèse courante, la structure de bande des excitons contient des discontinuités non analytiques, une caractéristique qui est impossible à obtenir uniquement à partir de la structure de bande électronique. Ces discontinuités sont des phénomènes purement quantiques, résultant de la diffusion par échange de paires électron-trou. Nous montrons que le degré de ces discontinuités dépend de la symétrie et de la dimensionnalité des matériaux, avec des discontinuités de saut se produisant en 3D et différents ordres de discontinuités amovibles en 2D et 1D, dont les détails dépendent de la dégénérescence des excitons et de l'épaisseur du matériau. Nous relions ces caractéristiques aux premières étapes de la dynamique des excitons, aux durées de vie radiatives et aux constantes de diffusion, en bonne correspondance avec des observations expérimentales récentes, révélant que les discontinuités dans la structure de bande entraînent un transport balistique ultrarapide et suggérant que la diffusion et la dynamique mesurées des excitons sont influencées par la dispersion des excitons sous-jacente.