Unraveling the Excitonic Transition and Associated Dynamics in Confined Long Linear Carbon-chains with Time-Resolved Resonance Raman Scattering
长的线性碳链已经吸引了强烈的兴趣所产生的显着性质的预测和他们的潜在应用在未来的纳米技术。在这里，我们全面询问激子跃迁和相关的弛豫动力学的纳米管限制长线性碳链，通过使用稳态和时间分辨拉曼光谱。限制碳链上的激子弛豫动力学发生在数百皮秒的时间尺度上，与发生在几皮秒时间尺度上的宿主动力学形成强烈对比。一个突出的时间分辨拉曼响应观察到在一个广泛的能量范围从1.2到2.8 eV，其中包括强拉曼共振区周围的2.2 eV。从高激发能下的动力学发现了链和纳米管主体之间强耦合的证据，这为从主体碳纳米管到链的有效能量转移提供了明确的证据。我们的实验研究提出了长线性碳链激子动力学的第一个独特的表征，为理解不同碳同素异形体之间的相互作用提供了不可或缺的知识。
2021-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Molecular dynamics of ice-nanotube formation inside carbon nanotubes
采用经典的分子动力学方法研究了动态单壁碳纳米管中水团簇的一级相变。冰纳米管的形成是通过结构因子和势能监测。由模拟得到的转变温度和它的直径依赖性与以前报道的实验结果吻合得很好。冰纳米管的转变温度被示出为在室温附近的最大值与环成员的数目n=5。势能贡献的相变通常是由本征的水-水相互作用，而水-碳相互作用起着重要的作用，决定的转变温度对纳米管直径的依赖性。
2007-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Oxidation stability of confined linear carbon chains, carbon nanotubes, and graphene nanoribbons as 1D nanocarbons
三种典型的一维（1D）/准一维纳米碳，线性碳链，碳纳米管和石墨烯纳米带已被证明可以在单壁碳纳米管中生长。这就产生了三种类型的混合材料，它们的行为和性能相互比较还远未被理解。在最近发表的工作中证明这些纳米结构材料的合成是成功的之后，我们现在已经能够通过使用共振拉曼光谱系统地研究它们的氧化稳定性。令人惊讶的是，理论上预测非常不稳定的线性碳链实际上在碳纳米管主体的保护下在高达500 °C下是热稳定的。此外，在较窄的碳纳米管中较长的线性碳链比在较大的管中较短的线性碳链更稳定，这表明热稳定性不仅取决于单独的线性碳链的长度，但它是以更复杂的方式与宿主管的限制相关。此外，石墨烯纳米带总体上被认为是最稳定的受限结构。另一方面，（6，5）CNT相对于其（6，4）对应物的更高稳定性等特性使得这项研究为进一步研究这些1D纳米碳（包括真正的1D线性碳链）在环境条件下的应用提供了坚实的平台。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diffusive and Superdiffusive Motion of sorbates in Carbon nanotubes
报道了碳纳米管内部不同尺寸的山梨酸酯的分子动力学模拟。均方位移显示了从小山梨酸盐的扩散到中等尺寸山梨酸盐的超扩散到与通道直径相当的尺寸的弹道的逐渐变化。我们表明，这种交叉行为可以理解的基础上，逐渐减少的x-y分量的力与悬浮参数。该分析还有助于合理化最近发表的一些结果。
2004-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Structural properties of one-dimensional $\mathrm{Cs}_2\mathrm{CoCl}_4$ confined within single-walled carbon nanotubes
University of Warwick（华威大学）；Monash University（蒙纳士大学）；Instytut Fizyki PAN（波兰科学院物理研究所）
通过透射电镜和模拟发现，Cs₂CoCl₄在单壁碳纳米管径向压缩下结晶为四方和正交相，并保持磁性质，展示一维受限作为结构调控工具。
2026-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-clean isotope engineered double-walled carbon nanotubes as tailored hosts to trace the growth of carbyne
碳炔是一种sp1杂化的一维碳同素异形体，由于其优异的力学、光学和电学性能，目前受到越来越多的关注。尽管近年来在双壁碳纳米管（DWCNTs）内合成受限碳炔的研究取得了实质性进展，但其形成机理和生长前体仍然是一个谜。在这里，我们展示了同位素工程超净DWCNTs的合理设计，作为定制的主机来跟踪碳炔的生长，这允许识别前体并在高温下高真空退火期间解开碳炔的形成机制。使用这种方法，具有80.4%富含13 C的内壁和天然丰富的外管的超净DWCNT用于明确证明只有DWCNT内部的碳质材料可以作为前体。内外管之间的碳原子交换发生在没有任何碳炔生长的情况下。在应用二次氧化步骤之后，可以由部分氧化的DWCNT生产碳质前体。以这种方式，不仅生长具有~ 28.8%13C富集记录的碳炔，而且发生DWCNT的伴随愈合、重组和再生长。这项工作能够识别的前体和跟踪的生长机制与工程性能的受限碳炔。这是一个关键的一步，通过定制不仅是同位素填料，但也DWCNT主机的内管和外管，以获得有限的碳炔混合物的全部应用潜力。
2022-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Confinement-Controlled Morphology and Stability of One-Dimensional CrI3 Nanotubes
本研究通过多壁碳纳米管限域封装二维CrI3，发现管径控制其形貌转变，并证实限域单壁CrI3纳米管结构稳定，为自旋电子学一维磁性异质结构设计提供基础。
2025-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Growth of single wall carbon nanotubes from $^{13}$C isotope labelled organic solvents inside single wall carbon nanotube hosts
探索新型分子纳米结构的合成在过去十年中一直处于材料研究的前沿。其中最有趣的纳米结构是单壁碳纳米管（SWCNT）。然而，它们的无催化剂增长仍然是一个难以捉摸的目标。在这里，我们提出了从有机溶剂，如苯和甲苯在一个封闭的环境中，在主机单壁碳纳米管的单壁碳纳米管的生长。当在动态真空下在1270 $^{\circ}$ C下进行热处理时，包封在SWCNT中的溶剂转化为内管。我们使用同位素标记不同的碳源来证明内胎的来源确实是溶剂。我们的研究结果提出了限制的模型解释的内管生长，并提供了一个简单的替代富勒烯为基础的内管生长。它还为研究一个全新的管内化学领域提供了可能性。
2006-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Water diffusion in carbon nanotubes for rigid and flexible models
我们比较了刚性和柔性水模型的扶手椅和锯齿形碳纳米管中的水的扩散。使用一个刚性模型TIP 4P/2005和两个柔性模型SPC/Fw和SPC/FH，我们发现水形成的氢键数量取决于纳米管的结构，直接影响水的扩散。模拟结果表明，由于碳纳米管的疏水性和水力场所施加的自由度，水分子倾向于避开碳纳米管的表面。这种变量的结合在水的扩散中起着核心作用，主要是在狭窄和/或变形的纳米管中，以非平凡的方式控制着承压水的流动性，其中水力场的自由度越大，其在限制中的流动性就越小，因为我们限制了面积/体积之间的竞争，并且它不再在改变水扩散率中起独特的作用。
2023-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Confined linear carbon chains: A route to bulk carbyne
碳炔（无限sp1杂化碳链）的极端不稳定性和强化学活性是其在环境条件下存活的可能性低的原因。因此，与其他新型碳同素异形体如富勒烯、纳米管和石墨烯相比，对碳炔的探索要少得多。虽然封端基团可以用来稳定碳链，但长度限制仍然是其实际生产的障碍，甚至更多的应用。在这里，我们报告了一种新的路线，大量生产记录长的炔属线性碳链薄的双壁碳纳米管的保护。一个相应的极高的拉曼谱带是一个真正的批量产量形成非常长的安排，这是明确证实了透射电子显微镜和近场拉曼光谱的第一个证据。我们的生产建立了一种方法，以非常长的稳定碳链，包括超过2300个碳原子，并朝着大规模生产基本上无限的碳炔的最终目标优雅的先驱。
2015-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Relaxations and Relaxor-Ferroelectric-Like Response of Nanotubularly Confined Poly(vinylidene fluoride)
在这里，我们阐明了管状限制的结构和弛豫行为的聚（偏二氟乙烯）（PVDF）的影响，以及这些如何影响该聚合物的对位/铁电行为。我们使用PVDF纳米管在阳极氧化铝（AAO）模板中固化。介电谱测量证明了PVDF纳米管的双峰弛豫过程：除了批量样弛豫，我们检测到一个显着较慢的松弛，这是与PVDF区域的限制动态在界面处与AAO孔。令人惊讶的是，随着温度的升高，块体和界面弛豫都倾向于变得与温度无关-这是之前在无机弛豫铁电体中观察到的行为。与此一致，我们观察到PVDF纳米管的介电常数的实部在相对于温度绘制时表现出宽的最大值，这再次是弛豫铁电体的典型特征。因此，我们提出，在纳米管PVDF，铁电类纳米畴形成在邻近AAO界面的非晶相区域。这些铁电纳米畴可能是由于PVDF大分子和AAO壁之间的选择性氢键形成而导致的各向异性链构象和局部偶极子的优选取向。对于未经辐照的PVDF均聚物，尚未观察到这种弛豫铁电体样行为;因此，我们的发现可能使这种大宗商品塑料在未来的替代应用成为可能，例如，用于生产受益于弛豫铁电体类响应的固态制冷的电热器件。
2017-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Metallic Carbon Nanotubes as High-Current-Gain Transistors
低维金属输运是现代高性能晶体管的核心。虽然目前最好的器件是基于III-V异质结量子阱通道，但我们证明了更大的性能增益存在于一维碳纳米管的独特特性中。使用最近的实验数据，我们展示了如何在金属纳米管的简并载流子动力学的具体功能，使一类新的量子限制信号检测器，其电流增益超过目前的晶体管技术。我们通过微观守恒的量子动力学描述，分析了简并度和散射动力学对量子力学的关键相互作用。
2006-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Universal Method to Transform Aromatic Hydrocarbon Molecules into Confined Carbyne inside Single-Walled Carbon Nanotubes
本文提出一种通用方法，将芳香烃分子填充到直径为0.9-1.3 nm的单壁碳纳米管中，经低温退火转化为限域卡拜，并验证了多种前驱体及模板的适用性。
2024-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electrostatic Screening in Nanotubes: A Tubular Response Function Framework
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本文提出了一种管状响应函数框架，用于评估纳米管 confinement 中的静电相互作用，通过精确计算金属碳纳米管的长程电子性质，展示了金属臂chair 碳纳米管的屏蔽特性与理想金属几乎相同，无论电子密度如何，并追溯了这种强屏蔽到电子量子限制和Friedel振荡抑制。
2026-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Electron-nuclear interaction in 13C nanotube double quantum dots
对于相干电子自旋，与主体材料中的原子核的超精细耦合可以是不需要的自旋退相干的主要来源，或者如果有效控制，则可以是允许存储和检索量子信息的资源。为了研究可控核环境对受限电子自旋演化的影响，我们制备并测量了具有集成电荷传感器的栅极定义的双量子点，该电荷传感器由单壁碳纳米管制成，其中大多数零核自旋12 C原子中具有可变浓度的13 C（核自旋I= 12）。使用天然丰度（~ 1%）的13 C的甲烷生长的双点器件中的自旋敏感的运输进行了比较，与使用增强的（~99%）浓度的13 C生长的类似器件。我们观察到强烈的同位素效应在自旋阻塞运输，并从外部磁场的依赖性，估计超精细耦合在13 C纳米管的数量级为100微电子伏特，两个数量级大于理论预期。13 C增强纳米管是一种有趣的新系统，用于基于自旋的量子信息处理和存储器，其原子核与栅极控制的电子强耦合，与衬底中的原子核不同，自然地被限制在一维，缺乏四极耦合，并且具有从每个电子小于1到10^5的容易控制的浓度。
2008-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Formation of Subgap States in Carbon Nanotubes Due to a Local Transverse Electric Field
我们引入两个简单的模型来研究空间局域横向电场对半导体碳纳米管低能电子结构的影响。从碳纳米管低能态的狄拉克哈密顿量出发，利用散射理论证明了在任意弱场作用下，自由纳米管带隙内局域电子态的形成.我们研究了这些subgap状态的结合能作为静电势的范围和强度的函数。当电势范围保持不变而强度变化时，结合能表现出交叉行为：在电势超过阈值之前，结合能靠近自由纳米管带边，超过阈值后结合能迅速增加。当势强度保持不变，范围是变化的，我们发现共振行为：结合能通过一个最大值作为潜在的范围增加。大的电场局限于一个小区域的纳米管需要创建远离能带边缘的局域状态。
2007-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Dynamics of a Hydrogen Molecule Confined in a Cylindrical Potential
本文研究了圆柱对称束缚势场中氢分子的振转耦合能级。我们包括旋转和平移之间的耦合，并显示这种相互作用是必不可少的，以获得正确的简并的能级计划。我们应用我们的形式主义来研究H $_{2}$分子内的“光滑”的碳纳米管作为管半径的函数的动力学。结果得到的（$2J+1$）分量径向薛定谔方程的数值解，并通过开发一个有效的哈密顿量来描述分裂的固定角动量$J$和声子数，$N$的状态的流形。当纳米管半径小于$\approx 3.5$ Ω时，约束势具有抛物线形状，结果可以用一个简单的玩具模型来理解。对于较大的半径，潜在的“墨西哥帽”的形状，因此，H $_{2}$分子是偏心的，产生径向和切向平移动力学除了旋转动力学的H $_{2}$分子，我们也描述了一个简单的模型。最后，我们对这些能级之间各种跃迁的中子散射观测作了几个预测。
2003-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Computing chemical potentials of adsorbed or confined fluids
本研究提出一种利用静态结构因子、热力学积分和自由能微扰计算吸附或受限流体绝对化学势的框架，并成功应用于MOF中二氧化碳和碳纳米管中水的吸附等温线计算。
2023-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Recent advances in the internal functionalization of carbon nanotubes: synthesis, optical, and magnetic resonance studies
单壁碳纳米管（SWCNT）内部的中空为研究这种受限环境中的化学反应和研究管特性提供了独特的自由度。本文综述了如何将富勒烯、磁性富勒烯、富含$^{13}$ C同位素的富勒烯和有机溶剂封装在单壁碳纳米管中，使人们能够对它们的电子、光学和界面性质产生前所未有的了解，并研究它们的生长。通过高温退火将包封的C $_{60}$富勒烯转化为内管。内管独特的低缺陷浓度使其成为研究直径相关处理（如打开和关闭管）效果的理想选择。从富含$^{13}$ C的包封有机溶剂中实现了内管的生长，这表明富勒烯并不具有突出的作用，这为探索管内化学开辟了新的视角。磁性富勒烯，如N@C $_{60}$和C $_{59}$ N的封装是使用ESR证明。从富含$^{13}$ C的富勒烯生长内管提供了独特的同位素工程异源系统，其中外管含有天然碳，并且内壁可控地富含$^{13}$ C同位素。该材料能够识别内管的振动模式，否则内管的振动模式与外管模式强烈重叠。该材料的$^{13}$ C NMR信号对于小直径SWCNT是特异性的。温度和场相关的$^{13}$ C $T_1$的研究表明，一个统一的金属类电子状态的所有内管和一个低能量，3 meV的差距被观察到，被分配到一个长期寻求Peierls过渡。
2007-01-31 cond-mat.mtrl-sci
Octagonal Family of Monolayers, Bulk and Nanotubes
最近出现了一类新的四边形对称的二维八边形单分子层（o-ML），需要在基础水平上进行理解。计算设计了金属氮化物和碳化物族（BN、AlN、GAN、GeC、SiC）以及C和BP的o-ML，并研究了它们的稳定性和电子结构。这些二进制o-ML显示混合离子和共价键与杂化的p态占主导地位的费米能级周围的电子结构。已经利用o-C和o-BN的几何和结构相似性来形成从金属相到绝缘相的图案化混合o-ML。Z字形弯曲的o-ML的堆叠产生稳定的体心四元体（bct）-体相，其适用于来自IV、III-V和II-VI族的大多数材料。与六方（h）-ML的轧制不同，o-BN和o-C块体的垂直切割块或O形环的堆叠提供了形成非常薄的O形纳米管（o-NT）的合理方式。以八边形图案形成的受限和散装结构对于理解基础科学和技术应用具有根本重要性。
2020-02-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling analysis of electron transport through metal-semiconducting carbon nanotube interfaces: Evolution from the molecular limit to the bulk limit
我们对金属-半导体碳纳米管界面的电子和输运性质进行了标度分析，作为相干输运机制内纳米管长度的函数，该分析充分考虑了金属-纳米管界面的原子尺度电子结构和三维静电学。基于实空间格林函数的自洽紧束缚理论。作为第一个例子，我们研究通过将有限尺寸的单壁碳纳米管（SWNT）通过末端的悬挂键连接到高功函数和低功函数金属电极上形成的器件。我们分析了肖特基势垒形成在金属-纳米管界面的性质，通过检查静电，带阵容和金属-单壁碳纳米管分子-金属结的电导作为单壁碳纳米管分子长度和金属-单壁碳纳米管耦合强度的函数。我们发现，受限的圆柱形的几何形状和原子性质的电子过程中的金属-单壁碳纳米管界面导致不同的物理图片的平面金属-半导体界面的能带排列。我们分析了温度和长度依赖性的单壁碳纳米管结的电导，这表明从隧道热激活为主的运输与增加纳米管长度的过渡。由于单壁碳纳米管结内导电通道的数量有限，电导的温度依赖性比平面金属-半导体界面的电导的温度依赖性弱得多。我们发现，金属-单壁碳纳米管分子-金属结的电流-电压特性是敏感的模型的电位响应所施加的源极/漏极偏置电压。
2004-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vanishing quantum confinement enables bright and thermally excited multi-carrier emission from semiconductor nanocrystals
Utrecht University（乌得勒支大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Gent University（根特大学）
研究通过SPAD阵列技术揭示了半导体纳米晶体中六个多载流子激发态的动力学和能量学，展示了热平衡下载流子的双模发射，并通过模型结合统计缩放和费米-狄拉克热占据，解释了这一新兴材料类别的特性。
2025-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Nanoribbons with Smooth Edges Behave as Quantum Wires
具有完美边缘的石墨烯纳米带被预测表现出有趣的电子和自旋电子学性质，特别是量子限制带隙和磁性边缘状态。然而，到目前为止，通过光刻法生产的石墨烯纳米带表现出粗糙的边缘和由缺陷主导的低温传输特性，主要是狄拉克点附近的传输间隙中的局域态之间的可变范围跳跃。在这里，我们报道了通过解链碳纳米管10制成的单层和双层纳米带量子点表现出定义明确的量子输运现象，包括库仑阻塞、近藤效应、高达~ 20 meV的清晰激发态和非弹性共隧穿。随着本征量子限制带隙和高电导率的签名，我们的数据表明，纳米带在低温下表现为干净的量子线，并且不受缺陷的支配。
2011-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
