Breaking the Phonon Bottleneck in PbSe and CdSe Quantum Dots: Time-Domain Density Functional Theory of Charge Carrier Relaxation
Source abstract
Abstract
Spatial confinement can create relaxation bottlenecks by mismatch between electronic and vibrational frequencies. This hypothesis motivated discovery of multiple excitons, which could greatly enhance the efficiency of quantum dot (QD) solar cells. Surprisingly, recent experiments showed no bottleneck. Our time-domain ab initio study of the electron-phonon dynamics rationalizes the fast relaxation in PbSe and CdSe QDs, which have substantially different electronic properties. Atom fluctuations and surface effects lift degeneracies and create dense distributions of electronic levels at all but the lowest energies, while confinement enhances the electron-phonon coupling. The analysis applies to nanomaterials in general, modifying the fundamental view on the electron-phonon interaction.
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Research context
OpenAlex topics: Quantum Dots Synthesis And Properties · Chalcogenide Semiconductor Thin Films · Spectroscopy and Quantum Chemical Studies
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Affiliations
Department of Chemistry, University of Washington, Seattle, Washington 98195-1700
References (52)
Show source-provided references
1. Nozik A. J. · Annu. Rev. Phys. Chem. · 2001 · 52 · 19310.1146/annurev.physchem.52.1.193 ↗
2. Koleilat G. I. · ACS Nano · 2008 · 2 · 83310.1021/nn800093v ↗
3. Ellingson R. J. · Nano Lett. · 2005 · 5 · 86510.1021/nl0502672 ↗
4. Beard M. C. · Nano Lett. · 2007 · 7 · 250610.1021/nl071486l ↗
5. Schaller R. D. · Phys. Rev. Lett. · 2004 · 92 · 18660-110.1103/PhysRevLett.92.186601 ↗
6. Schaller R. D. · Nat. Phys. · 2005 · 1 · 18910.1038/nphys151 ↗
7. Kumar S. · Small · 2007 · 3 · 163310.1002/smll.200700155 ↗
8. Coe S. · Nature · 2002 · 420 · 80010.1038/nature01217 ↗
9. Talapin D. V. · Science · 2005 · 310 · 8610.1126/science.1116703 ↗
10. Luther J. M. · ACS Nano · 2008 · 2 · 27110.1021/nn7003348 ↗
11. Klimov V. I. · Science · 2000 · 290 · 31410.1126/science.290.5490.314 ↗
12. Petta J. R. · Science · 2005 · 309 · 218010.1126/science.1116955 ↗
13. Dahan M. · Science · 2003 · 302 · 44210.1126/science.1088525 ↗
14. Schaller R. D. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 19640-110.1103/PhysRevLett.95.196401 ↗
15. Harbold J. M. · Phys. Rev. B · 2005 · 72 · 195312-110.1103/PhysRevB.72.195312 ↗
16. Cooney R. R. · Phys. Rev. Lett. · 2007 · 98 · 177403-110.1103/PhysRevLett.98.177403 ↗
17. Cooney R. R. · Phys. Rev. B · 2007 · 75 · 245311-110.1103/PhysRevB.75.245311 ↗
18. Muljarov E. A. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 177405-110.1103/PhysRevLett.95.177405 ↗
19. Kilina S. V. · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 487110.1021/jp0669052 ↗
20. Scholes G. D. · ACS Nano · 2008 · 2 · 52310.1021/nn700179k ↗
21. Peterson J. J. · Nano Lett. · 2007 · 7 · 382710.1021/nl072487g ↗
22. Schaller R. D. · J. Phys. Chem. B · 2003 · 107 · 1376510.1021/jp0311660 ↗
23. Franceschetti A. · Nano Lett. · 2006 · 6 · 219110.1021/nl0612401 ↗
24. Nai G. · Phys. Rev. B · 2008 · 78 · 125325-1
25. Craig C. F. · Phys. Rev. Lett. · 2005 · 95 · 163001-110.1103/PhysRevLett.95.163001 ↗
26. Poddubny A. · Phys. Rev. B · 2008 · 77 · 075315-1
27. Peterson J. J. · Nano Lett. · 2006 · 6 · 51010.1021/nl0525756 ↗
28. Gooding A. K. · ACS Nano · 2008 · 2 · 66910.1021/nn7003469 ↗
29. Yu M. · Appl. Phys. Lett. · 2006 · 88 · 231910-1
30. Wise F. W. · Acc. Chem. Res. · 2000 · 33 · 77310.1021/ar970220q ↗
31. Goedecker S. · Phys. Rev. A · 1997 · 55 · 176510.1103/PhysRevA.55.1765 ↗
32. Prezhdo O. V. · Adv. Mater. · 2002 · 14 · 59710.1002/1521-4095(20020418)14:8<597::AID-ADMA597>3.0.CO;2-K ↗
33. Tretiak S. · Phys. Rev. B · 2005 · 71 · 033201-110.1103/PhysRevB.71.033201 ↗
34. Kilina S. · J. Am. Chem. Soc. · 2008
35. Habenicht B. F. · Phys. Rev. Lett. · 2008 · 100 · 197402-110.1103/PhysRevLett.100.197402 ↗
36. An J. M. · Nano Lett. · 2006 · 6 · 272810.1021/nl061684x ↗
37. Efros A. L. · Solid State Commun. · 1995 · 93 · 28110.1016/0038-1098(94)00760-8 ↗
38. Klimov V. I. · Phys. Rev. B · 2000 · 61 · R1334910.1103/PhysRevB.61.R13349 ↗
39. Guyot-Sionnest P. · J. Chem. Phys. · 2005 · 123 · 074709-110.1063/1.2004818 ↗
40. Prezhdo O. V. · Phys. Rev. Lett. · 1998 · 81 · 5294-110.1103/PhysRevLett.81.5294 ↗
41. Kamisaka H. · Nano Lett. · 2006 · 6 · 229510.1021/nl0617383 ↗
42. Pandey A. · Science · 2008 · 322 · 92910.1126/science.1159832 ↗
43. Parandekar P. V. · J. Chem. Phys. · 2005 · 122 · 094102-110.1063/1.1856460 ↗
44. Habenicht B. F. · Phys. Rev. Lett. · 2006 · 96 · 187401-110.1103/PhysRevLett.96.187401 ↗
45. Duncan W. R. · J. Am. Chem. Soc. · 2007 · 129 · 852810.1021/ja0707198 ↗
46. Tully J. C. · J. Chem. Phys. · 1990 · 93 · 106110.1063/1.459170 ↗
47. Hammes-Schiffer S. · J. Chem. Phys. · 1994 · 101 · 465710.1063/1.467455 ↗
48. Marques M. A. L. · Annu. Rev. Phys. Chem. · 2004 · 55 · 42710.1146/annurev.physchem.55.091602.094449 ↗
49. Kresse G. · Comput. Mater. Sci. · 1996 · 6 · 1510.1016/0927-0256(96)00008-0 ↗
50. Perdew J. P. · 1991
51. Vanderbilt D. · Phys. Rev. B · 1990 · 41 · 789210.1103/PhysRevB.41.7892 ↗
52. Tapavicza E. · Phys. Rev. Lett. · 2007 · 98 · 023001-110.1103/PhysRevLett.98.023001 ↗