It is well known that the electronic and optical absorption gaps of hydrogenated silicon nanoparticles are inversely proportional to the particle size. Here, the authors show that their optical emission gaps are remarkably different and dully dependent on the size for those smaller than 1.5nm, based on their excited-state calculations of a series of nanoparticles from Si5H12 to Si199H140 using a time-dependent tight-binding density-functional method. It is revealed that this unusual size dependence is due to the strong excited-state structure relaxation in the particle core region that becomes significant when the size decreases.

1.
L. T.
Canham
,
Appl. Phys. Lett.
57
,
1046
(
1990
).
2.
L.
Dal Negro
,
M.
Cazzanelli
,
L.
Pavesi
,
S.
Ossicini
,
D.
Pacifici
,
G.
Franzó
,
F.
Priolo
, and
F.
Iacona
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
4636
(
2003
).
3.
L.
Pavesi
,
L.
Dal Negro
,
C.
Mazzoleni
,
G.
Franzó
, and
F.
Prolo
,
Nature (London)
408
,
440
(
2000
).
4.
S.
Schuppler
,
S. L.
Friedman
,
M. A.
Marcus
,
D. L.
Adler
,
Y.-H.
Xie
,
F. M.
Ross
,
Y. J.
Chabal
,
T. D.
Harris
,
L. E.
Brus
,
W. L.
Brown
,
E. E.
Chaban
,
P. F.
Szajowski
,
S. B.
Christman
, and
P. H.
Citrin
,
Phys. Rev. B
52
,
4910
(
1995
).
5.
M.
Hirao
and
T.
Uda
,
Int. J. Quantum Chem.
52
,
1113
(
1994
).
6.
M. V.
Wolkin
,
J.
Jorne
,
P. M.
Fauchet
,
G.
Allan
, and
C.
Delerue
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
197
(
1999
).
7.
A. R.
Porter
,
M. D.
Towler
, and
R. J.
Needs
,
Phys. Rev. B
64
,
035320
(
2001
).
8.
A. D.
Zdetsis
,
Rev. Adv. Mater. Sci.
11
,
56
(
2006
).
9.
Z. Y.
Zhou
,
L.
Brus
, and
R.
Fresner
,
Nano Lett.
3
,
163
(
2003
).
10.
A. J.
Williamson
,
J. C.
Grossman
,
R. Q.
Hood
,
A.
Puzder
, and
G.
Galli
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
196803
(
2002
).
11.
A.
Puzder
,
A. J.
Williamson
,
J. C.
Grossman
, and
G.
Galli
,
J. Am. Chem. Soc.
125
,
2786
(
2003
).
12.
A.
Franceschetti
and
S. T.
Pantelides
,
Phys. Rev. B
68
,
033313
(
2003
).
13.
E.
Luppi
,
E.
Degoli
,
G.
Gantele
,
S.
Ossicini
,
R.
Magri
,
D.
Ninno
,
O.
Bisi
,
O.
Pulic
,
G.
Onida
,
M.
Gatti
, and
A.
Incze
,
Opt. Mater. (Amsterdam, Neth.)
27
,
1008
(
2005
).
14.
D.
Porezag
,
Th.
Frauenheim
,
Th.
Köhler
,
G.
Seifert
, and
R.
Kaschner
,
Phys. Rev. B
51
,
947
(
1995
).
15.
M.
Elstner
,
D.
Porezag
,
G.
Jungnickel
,
J.
Elsner
,
M.
Haugk
,
T.
Frauenheim
,
S.
Suhai
, and
G.
Geifert
,
Phys. Rev. B
58
,
7260
(
1998
).
16.
T. A.
Niehaus
,
S.
Suhai
,
F. D.
Sala
,
P.
Lugli
,
M.
Elstner
,
G.
Seifert
, and
Th.
Frauenheim
,
Phys. Rev. B
63
,
085108
(
2001
).
17.
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
18.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
(
1993
).
19.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
J. A.
Montgomery
, Jr.
,
T.
Vreven
,
K. N.
Kudin
,
J. C.
Burant
,
J. M.
Millam
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
M.
Cossi
,
G.
Scalmani
,
N.
Rega
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
M.
Klene
,
X.
Li
,
J. E.
Knox
,
H. P.
Hratchian
,
J. B.
Cross
,
C.
Adamo
,
J.
Jaramillo
,
R.
Gomperts
,
R. E.
Stratmann
,
O.
Yazyev
,
A. J.
Austin
,
R.
Cammi
,
C.
Pomelli
,
J. W.
Ochterski
,
P. Y.
Ayala
,
K.
Morokuma
,
G. A.
Voth
,
P.
Salvador
,
J. J.
Dannenberg
,
V. G.
Zakrzewski
,
S.
Dapprich
,
A. D.
Daniels
,
M. C.
Strain
,
O.
Farkas
,
D. K.
Malick
,
A. D.
Rabuck
,
K.
Raghavachari
,
J. B.
Foresman
,
J. V.
Ortiz
,
Q.
Cui
,
A. G.
Baboul
,
S.
Clifford
,
J.
Cioslowski
,
B. B.
Stefanov
,
G.
Liu
,
A.
Liashenko
,
P.
Piskorz
,
I.
Komaromi
,
R. L.
Martin
,
D. J.
Fox
,
T.
Keith
,
M. A.
Al-Laham
,
C. Y.
Peng
,
A.
Nanayakkara
,
M.
Challacombe
,
P. M. W.
Gill
,
B.
Johnson
,
W.
Chen
,
M. W.
Wong
,
C.
Gonzalez
, and
J. A.
Pople
, GAUSSIAN 03, Revision B.05, Gaussian, Inc., Pittsburgh, PA,
2003
.
20.
F.
Fehér
,
Molekülspektroskopische Untersuchungen auf dem Gebiet der Silane und der Heterocyclischen Sufane, Forschungsbericht des Landes Nordrhein-Westfalen
(
Westdeutscher
,
Köln
,
1977
).
21.
G. S.
Garoufalis
and
A. D.
Zdetsis
,
Phys. Rev. Lett.
87
,
276402
(
2001
).
22.
E.
Degoli
,
G.
Cantele
,
E.
Luppi
,
R.
Magri
,
D.
Ninno
,
O.
Bisi
, and
S.
Ossicini
,
Phys. Rev. B
69
,
155411
(
2004
).
You do not currently have access to this content.