Ab initio study of semiconducting carbon nanotubes adsorbed on the Si(100) surface: diameter- and registration-dependent atomic configurations and electronic properties
我们提出了半导体碳纳米管吸附在未钝化的Si（100）表面的第一性原理研究。我们已经发现金属性的组合系统所造成的n-掺杂的硅板代表的表面由单壁碳纳米管。我们确认这种金属性的纳米管的不同直径和手性角，并发现效果是独立的表面上的纳米管的取向。我们还提出了吸附能量和配置，显示半导体单壁碳纳米管远离表面和转移较少的电荷，与类似直径的金属单壁碳纳米管相比。
2006-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Theory and it ab initio calculation of radiative lifetime of excitons in semiconducting carbon nanotubes
本文对半导体碳纳米管中激子的辐射寿命进行了理论分析和第一性原理计算。的顺序为10 ps的固有寿命计算的最低光学活性的亮激子。然而，本征寿命是激子动量的快速增加的函数。此外，纳米管的电子结构决定了暗激子的存在，暗激子的能量在每个亮激子附近。这两种效应强烈影响测量寿命。假设一个热占领的明亮和黑暗的激子带，我们发现在室温下的有效寿命为10纳秒的顺序，与最近的实验符合得很好。
2005-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Spin-filtering and Disorder Induced Giant Magnetoresistance in Carbon Nanotubes: Ab Initio Calculations
氮掺杂的碳纳米管可以在卟啉类缺陷上提供反应位点。众所周知，许多卟啉化合物中含有过渡金属原子，我们探索了氮掺杂碳纳米管中过渡金属原子与卟啉类缺陷的键合。用密度泛函理论和递归格林函数方法分析了体系的电子结构和输运性质。结果确定血红素B样缺陷（铁原子键合到四个氮）是最稳定的，并且对于单个缺陷具有更高的极化电流。在几百纳米长的纳米管中随机定位的血红素B缺陷的情况下，极化达到接近100%，这意味着有效的自旋过滤器。在这些长纳米管中还观察到无序感生的磁电阻效应，用非磁性电极计算的值高达20000%。
2011-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Excitons in carbon nanotubes: an ab initio symmetry-based approach
采用考虑激子效应的从头算多体方法计算了碳（4，2）纳米管的光吸收谱。我们开发了一种新的方法，涉及一个局部基组是对称的螺旋对称的管。这种方法的优点是缩放速度比平面波方法，并允许精确确定的对称性特征的单粒子状态，两粒子激发，和选择规则。最低光学活性态的结合能约为0.8 eV。相应的激子波函数沿管的圆周离域，并在管轴的方向上本地化。
2004-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Broad boron sheets and boron nanotubes: An ab initio study of structural, electronic, and mechanical properties
基于数值从头算研究，我们讨论了一个结构模型的宽硼片，这是一个单一的石墨片的模拟，和硼纳米管的前体。该片材具有仅沿其扶手椅方向的sp杂化σ键的线性链、高刚度和各向异性键特性。纸张的起皱被解释为一种稳定sp σ键的机制。硼片的各向异性键合特性导致二维参考晶格结构，其为矩形而不是三角形。因此，相关硼纳米管的手性角范围为0至90度。由于硼片的电子性质，我们证明，所有相关的硼纳米管是金属，无论其半径和手性角，我们还假设存在的螺旋电流在理想的手性纳米管。此外，我们表明，硼纳米管的应变能将取决于它们的半径，以及对它们的手征角。这在纳米管系统中是一个相当独特的性质，它可能是纳米技术中不同类型的结构控制的基础。
2006-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio structural, elastic, and vibrational properties of carbon nanotubes
采用从头算方法研究了不同半径和手性的单壁碳纳米管的结构、弹性和振动性质。我们使用SIESTA，赝势密度泛函理论的一种实现，它允许每个细胞具有大量原子的系统上的计算。不同的数量，如键距，杨氏模量，泊松比和不同的声子分支的频率与管半径进行监测。基于石墨的期望的有效性进行了探讨，小半径，出现一些偏差与曲率效应。对于声子谱，结果与简单的带折叠近似的预测进行了比较。除了在低频振动区域这种近似的已知偏差之外，它提供了相当精确的结果，即使对于相对较小的半径。
1998-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium transport equations and ab initio study of adsorption processes on carbon nanotubes
在碳纳米管（CNT）上气体吸附的理论研究中，原子的电离、极化、表面扩散和解吸的非平衡过程被认为是自洽的。该方法是基于Zubarev的非平衡统计算子方法和反应扩散理论。的一组非线性输运方程得到所选择的参数的描述：吸附的原子，电离和极化的原子在CNT的电磁场的平均数，和从CNT表面解吸的原子的平均数。从头算模拟进行了“气体单壁碳纳米管”系统的气体特别实际的利益：他和NO。所获得的吸附能值揭示了优选的本地化网站的吸收He原子以及它们的依赖关系的吸附距离。一个显着的影响，NO吸附CNT的电子性质的证明。分析了空位的存在对吸附性质的影响。结果表明，在空位形成的影响下，CNT结构进行重建，使NO分子的化学吸附。
2014-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Contact Dependence of Carrier Injection in Carbon Nanotubes: An Ab Initio Study
我们结合从头算密度泛函理论与运输计算提供了一个微观的基础区分良好和不良的金属接触纳米管。比较Ti和Pd作为不同的接触金属的例子，我们追溯到Pd的金属纳米管杂化的性质所观察到的优越性。基于大规模的Landauer输运计算，我们建议，“最佳”的金属纳米管的接触结合了一个弱的杂交与金属和纳米管之间的大接触长度。
2006-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic response of carbon nanotubes from ab initio calculations
我们提出{ \it从头计算}的磁化率和$^{13}$ C化学位移的碳纳米管，孤立和束。这些计算是使用最近提出的规范，包括投影仪增广波的方法在周期性绝缘系统的磁响应的计算。我们专注于半导体锯齿形纳米管的直径范围从0.6到1.6 nm。磁化率和各向同性位移都表现出与管的直径（D）和手性的依赖性（尽管这种依赖性对于磁化率更强）。各向同性位移的行为渐近为$α/D + 116.0$，其中$α$是每个纳米管族的不同常数。对于约1.2 nm的管直径，通常在实验样品中发现的值，我们的结果与实验非常吻合。此外，我们还计算了双壁管的化学位移。我们发现，由于外管的影响，对应于内管原子的各向同性线的抗磁位移。这种变化与最近的实验结果非常吻合，并且可以很容易地用外管中的退磁电流来解释。
2005-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Study of Aspirin Adsorption on Single-walled Carbon and Carbon Nitride Nanotubes
利用密度泛函理论研究了乙酰水杨酸和阿司匹林在（10，0）碳纳米管（CNT）和（8，0）三嗪基石墨氮化碳纳米管（CNNT）上的吸附性质.据发现，阿司匹林分子结合更强的CNNT与其吸附能为0.67 eV比与CNT与0.51 eV。碳纳米管上较强的吸附能归因于其N原子的高反应性和高电子亲合势。的CNNT表现出当地的电偶极矩，这会导致强烈的电荷重新分配的阿司匹林分子吸附在CNNT上比在CNT上。我们还探讨了外部电场对阿司匹林在这些纳米管上的吸附性能的影响，通过检查其电子能带结构，部分态密度和电荷分布的修改。研究发现，沿特定方向施加的电场在CNNT的间隙区域诱导阿司匹林分子态，这意味着阿司匹林检测的潜在应用。
2016-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Strain energy calculations of hexagonal boron nanotubes: An ab-initio approach
用从头计算方法研究了小直径六方硼纳米管的曲率效应。所考虑的硼纳米管的构象即扶手椅（3，3），锯齿形（5，0）和手性（4，2），分别由12，20和56个原子组成。应变能的评估，以检查曲率效应。结果表明，六边形BNT的应变能强烈依赖于半径，而三角形BNT的应变能依赖于半径和手性。
2013-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of transport properties in defected carbon nanotubes: an O(N) approach
结合从头算模拟和线性标度格林函数技术被用来分析长（高达一微米）的碳纳米管与现实的混乱的输运性质。利用局域轨道第一性原理Fireball程序，分析了单壁扶手椅型碳纳米管的能量学和单缺陷（单空位和双空位）对电子和输运性质的影响.高效的O（N）格林函数技术框架内的Landauer-Buttiker形式主义允许统计研究的纳米管电导平均超过一个大样本的缺陷管，从而提取的纳米管本地化长度。零和室温的情况下，解决。
2008-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Calculations of the Walls Shear Strength of Carbon Nanotubes
用密度泛函方法计算了双壁碳纳米管（DWNT）中壁间相互作用能量与壁相对位置的关系。这种依赖性用于评估壁的相对伸缩运动所需的力，并计算壁沿纳米管轴的相对滑动和壁围绕该轴的相对旋转的DWNT的剪切强度。实验验证所获得的结果的可能性进行了讨论。
2009-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Noncovalent functionalization of carbon nanotubes and graphene with tetraphenylporphyrins: Stability and optical properties from ab-initio calculations
通过密度泛函理论计算，包括对色散相互作用的修正，研究了单壁碳纳米管（CNTs）和四苯基卟啉（TPP）非共价功能化石墨烯的稳定性、电子和光学性质.我们研究了TPP在42种CNT物种上的物理吸附，特别是那些具有手性指数（$n$，$m$）的CNT物种，其中$5 \leq n \leq 12$和$0\leq m\leq n$。我们的研究结果表明，TPP和CNT表面之间有相当强的$π$ - $π$相互作用，结合能范围为1.1至1.8 eV，其中较高的能量可以与增加CNT直径相关。我们还发现，TPP的光学双折射不会受到CNT直径或手性的影响。石墨烯上TPP物理吸附的结果显示出显著的稳定性，结合能为3.2 eV，在$π$堆叠的TPP吸收带上引起小的红移。强石墨烯-TPP相互作用还诱导从TPP到石墨烯的电荷转移，表明$n$型掺杂机制而不损害石墨烯结构。
2015-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Polarons in Carbon Nanotubes
我们使用从头算总能量计算来预测半导体碳纳米管（CNTs）中极化子的存在。我们发现，碳纳米管的带边能量线性变化和弹性能量增加的平方与径向和轴向扭曲，导致极化子的自发形成。使用连续介质模型参数化的从头计算，我们估计电子和空穴极化子的长度，能量和有效质量，并分析其复杂的依赖于碳纳米管的几何形状。极化子效应最近观察到的碳纳米管的机电行为的影响进行了讨论。
2001-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Torsional strain engineering of transition metal dichalcogenide nanotubes: An ab initio study
研究了扭转变形对单壁过渡金属二硫属化物（TMD）纳米管电子性质的影响。特别是，考虑到45个选择扶手椅和锯齿形TMD纳米管，我们进行了自适应Kohn-Sham密度泛函理论计算，以确定扭曲的带隙和载流子的有效质量的变化。我们发现，金属纳米管保持这样，即使在变形后，而半导体纳米管的经验减少带隙扭曲-原来直接带隙变成间接-导致半导体到金属的过渡。此外，空穴和电子的有效质量随着扭曲度的增加而不断减小和增加，导致了n型到p型半导体的转变.我们发现，这种行为可能是由于金属和硫族元素原子中的轨道的再杂化，而不是它们之间的电荷转移。总的来说，扭转变形是设计半导体TMD纳米管电子特性的一个强大途径，可应用于传感器和半导体开关等设备。
2021-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
New Families of Carbon Nanotubes
提出了碳单壁纳米管的基本新家族。这些纳米管，称为石墨炔，是通过引入炔基团延长石墨基纳米管的共价互连而产生的。类似于普通的纳米管，扶手椅，锯齿形和手性石墨炔纳米管是可能的。电子性质，使用紧束缚和从头计算密度泛函方法预测，显示出丰富的各种金属和半导体行为。
2002-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio simulations of excited carrier dynamics in carbon nanotubes
结合电子的含时密度泛函计算和离子的分子动力学模拟，我们研究了（3，3）碳纳米管中激发态载流子在不同温度下的动力学行为.在HV=6.8 eV的光激发之后，载流子衰减最初由有效的电子-电子散射主导。在室温下，激发能隙在~230 fs后减小到其初始值的近一半，其中与声子的耦合开始主导衰变。我们发现，在声子制度的起始点和阻尼率的变化与初始离子速度，温度依赖的电子-声子耦合的表现。
2006-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nature and strength of bonding in a crystal of semiconducting nanotubes: van der Waals density functional calculations and analytical results
通过从头计算和解析近似，纳米管之间的色散相互作用进行了研究。范德华密度泛函（vdW-DF）[物理评论快报。92，246401（2004）]用于确定和比较一对纳米管以及纳米管晶体中的结合。为了分析相互作用并确定形态的重要性，我们还将从头算计算的结果与我们对一对分离良好的纳米管获得的简单分析结果进行了比较。与传统的密度泛函理论计算相反，vdW-DF研究预测了管间vdW键合的强度与最近观察到的石墨层间结合一致。它还产生了纳米管壁到壁的分离，这与实验非常一致。此外，我们发现，vdw-DF结果的纳米管晶体的结合能可以近似的纳米管对相互作用的总和时，这些计算在vdw-DF。这一观察结果提出了一个框架，用于有效地实现更一般的纳米管束，包括纳米管纱线和绳结构的CNT捆绑的量子物理建模。
2008-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of spin-dependent transport in carbon nanotubes with iron and vanadium adatoms
我们提出了一个从头计算研究的自旋相关的运输扶手椅型碳纳米管与过渡金属吸附，铁或钒。我们忽略了管的曲率的影响和模型的周期性边界条件的石墨烯纳米管。采用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法计算了其电子结构和零偏压电导。吸附物的存在导致一个强烈的散射电子的一个自旋类型。的散射被示出是由于耦合的两个扶手椅带状态的金属3d轨道与匹配的对称性，导致法诺共振出现在传输函数的下降。被分散的自旋类型（多数/少数）取决于吸附质，并解释在d-状态填充。使用一个简单的紧束缚模型，然后使用它来调查的依赖性的传输的纳米管的宽度的结果进行定性再现。我们发现，随着管尺寸的增加，透射下降的宽度减小。
2008-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study on the electromechanical response of Janus transition metal dihalide nanotubes
本研究基于Kohn-Sham密度泛函理论，探讨了Janus过渡金属二卤化物纳米管在拉伸与扭转形变下的电子响应，发现带隙随应变呈特定规律变化且与面内d轨道贡献相关。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Strain engineering of Zeeman and Rashba effects in transition metal dichalcogenide nanotubes and their Janus variants: An ab initio study
该研究通过含自旋-轨道耦合的第一性原理DFT模拟，揭示轴向与扭转变形对TMD及Janus纳米管Zeeman、Rashba劈裂的调控规律。
2023-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Optical properties of SiC nanotubes: A systematic $\textit{ab initio}$ study
研究了单壁锯齿型[（3，0），（4，0），（5，0），（6，0），（8，0），（9，0），（12，0），（16，0），（20，0），（24，0）]，扶手椅型[（3，3），（4，4），（5，5），（8，8），（12，12），（15，15）]和手性[（4，2），（6，2），（8，4），（10，4）] SiC-NTs以及单层蜂窝状SiC片的密度泛函理论计算结果表明，该方法具有较好的计算精度。结果表明，除了（3，0）和（4，0）Z形管为金属管外，其余SiC纳米管均为半导体管。此外，锯齿形SiC-NT的带隙是直接的，可以通过减小直径（$D$）从SiC片的带隙减小到零，尽管对于所有直径大于~20 μ m $ $的SiC纳米管的带隙几乎与直径无关。对于平行于管轴的电场（$E\parallel \hat{z}$），在低能区（0~6 eV）中，所有具有中等直径的SiC-NT（例如，$D$ $>$ 8 μ $ $）的$ε''$由在~3 eV处的单个明显峰组成。然而，对于小直径的SiC纳米管，例如（4，2）、（4，4）SiC-NT，$ε''$光谱确实明显偏离这种一般行为。在高能区（从6 eV以上），所有SiC-NT的$ε''$均表现出以~7 eV为中心的宽峰。对于垂直于管轴的电场（$E\perp \hat{z}$），除了（4，4）、（3，0）和（4，0）纳米管之外的所有SiC-NT的$ε''$光谱在低能…
2007-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of fullerene-like cages and finite nanotubes of aluminum nitride
我们报告的密度泛函研究交替富勒烯状笼状结构和有限的封闭帽单壁氮化铝纳米管。研究的笼和纳米管被建模为Al 24 N24，Al 28 N28，Al 32 N32，Al 36 N36，Al 48 N48和Al 96 N96。采用解析Slater Roothaan方法，采用双zeta质量的极化高斯基组，在全电子水平上进行了结构优化，计算了电子结构、垂直电离势和电子亲合势。所有结构都是能量稳定的，结合能约为10-11 eV每AlN对。对于较大的Al 96 N96，富勒烯一样的笼是积极的不如具有Al 24 N24作为内壳的两壳簇有利。垂直电离势和电子亲合势分别在6.7-6.9 eV和1.5-2.0 eV范围内。结合能随（4，4）纳米管长度的增加而系统性地增加。使用“Delta SCF”方法确定的能带隙表明，这些结构的特征在于约4- 5eV的相当大的带隙，然而其小于相应氮化硼结构的带隙。
2005-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Reducing the thermal conductivity of carbon nanotubes below the random isotope limit
我们发现，引入分段同位素无序模式可能会大大降低原始碳纳米管的热导率低于不相关的无序值。这是声子散射过程中不同长度尺度之间相互作用的结果。我们使用从头算原子格林函数计算来量化各种类型的分割的效果类似于实验产生的同位素工程富勒烯的聚结。
2009-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous polarization and piezoelectricity in boron nitride nanotubes
对氮化硼纳米管的自发极化和压电性能的从头算计算表明，它们是优良的压电体系，响应值大于压电聚合物。纳米管的固有手征对称性导致在任意折射率的理想孤立纳米管中总自发极化的精确抵消。管间相互作用或弹性形变破坏这种对称性会引起与纤锌矿半导体相当的自发极化。
2003-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Mo on the Fe:Mo:C nano-catalyst thermodynamics for single-walled carbon nanotube growth
探讨了Mo在低温化学气相沉积法生长单壁碳纳米管（SWCNTs）的Fe：Mo纳米催化剂热力学中的作用。通过尺寸-压力近似和从头算模型，我们证明了对于富Fe（~ 80%Fe或更高）和富Mo（~ 50%Mo或更高）的Fe：Mo团簇，团簇中碳的存在导致了Mo 2C的成核.这增强了颗粒的活性，因为它释放Fe，其最初结合在稳定的Fe：Mo相中，使得它可以催化SWCNT生长。此外，低浓度Mo的存在使低温稳态生长的尺寸下限从纯Fe颗粒的约0.58nm降低到约0.52nm。我们的从头算热力学模型解释了实验结果，并建立了一个新的方向，寻找更好的催化剂。
2008-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Multiple Localized States and Magnetic Orderings in Partially Open Zigzag Carbon Nanotube Superlattices: An Ab Initio Study
利用第一性原理计算，我们研究了部分开放的锯齿形碳纳米管（CNT）超晶格的电磁性质。研究发现，这些超晶格在费米能级附近可以表现出多个局域态，这取决于它们的开放度。更重要的是，某些电子态被限制在结构的某些部分，甚至有特殊的磁序。我们证明，作为一个原则的证明，一些部分开放的锯齿形CNT超晶格本身是巨大的（100%）磁阻器件。此外，局域（和自旋极化）状态以及超晶格的带隙可以进一步调制由外部电场垂直于管轴，和沿管轴的偏置电压可以用来控制两个自旋态的电导。我们相信，这些结果将开辟新的纳米电子和自旋电子器件的生产方式。
2010-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valence Force Model for Phonons in Graphene and Carbon Nanotubes
许多计算需要一个简单的经典模型来描述sp^2键碳原子之间的相互作用，比如石墨烯或碳纳米管。在这里，我们提出了一个新的价力模型来描述这些相互作用。计算得到的石墨烯的声子谱和纳米管的呼吸模式能量与实验测量和从头计算结果吻合得很好。该模型不假设底层晶格，因此它也可以直接应用于扭曲的结构。讨论了该模型的特点和局限性。
2009-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Static dielectric response and Born effective charge of BN nanotubes from {\it ab initio} finite electric field calculations
用有限电场方法对BN纳米管（BN-NTs）的全静态介电响应和Born有效电荷进行了{\it Ab initio}研究。据发现，离子的贡献的BN-NTs的静态介电响应是实质性的，也是一个明显的手性依赖的振荡叠加在纵向电极化率和管直径（$D$）之间的线性关系，作为一个薄的介电圆柱壳。相比之下，BN-NT的横向介电响应类似于直径为$D+4$·$ $的薄（非理想）导电圆柱壳的行为，其中内部电场的屏蔽因子为2。玻恩有效电荷的中等主分量$Z_y^*$对应于与BN-NT表面相切的横向原子位移，具有明显的$D$依赖性（但与手性无关），而大的纵向分量$Z_z^*$表现出明显的手性依赖性（但几乎与$D$无关），这表明了表征BN-NT的直径和手性的强有力的方法。
2007-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in BN nanotubes induced by Carbon Substitution
我们进行了从头计算的原始和碳掺杂的（5，5）和（9，0）BN纳米管。结果表明，碳取代BN纳米管中的硼或氮可以诱导自发磁化。基于局域自旋密度近似的密度泛函理论对电子能带结构的计算表明，在费米能级附近存在一个自旋极化的无色散带.与其他轻元素或无金属磁性材料的理论模型相比，碳掺杂BN纳米管的磁性更易于实验验证，具有潜在的应用价值。
2005-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Bundling up carbon nanotubes through Wigner defects
我们表明，使用从头算总能量密度泛函理论，即所谓的维格纳缺陷，间隙碳原子旁边的空位，这是存在于辐照石墨也可以存在于束的碳纳米管。然而，由于纳米管的几何结构，这种缺陷具有相当低的形成能，低于空位本身，这表明它可能是电子或离子辐照后产生的最重要的缺陷之一。此外，它们在束中的纳米管之间形成强连接，使其剪切模量增加相当大的量，清楚地表明其对纳米管束的机械性能的重要性。
2004-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Chirality distribution and transition energies of carbon nanotubes
从孤立的纳米管上的共振拉曼散射，我们得到的光学跃迁能量，径向呼吸模式的频率和拉曼强度的金属和半导体管。我们仅根据第三近邻紧束缚Kataura图明确地指定了大约50个纳米管的手性指数（n_1，n_2），并发现omega_RBM= 214.4 cm ^-1 nm/d+18.7 cm ^-1。与发光实验相反，我们观察到所有的手性，包括锯齿管。拉曼强度有一个系统的手性角依赖性确认最近的从头计算。
2004-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Nanotube Piezoelectricity
我们结合从头算、紧束缚和解析理论研究了氮化硼纳米管的压电效应。我们发现，异极纳米管的压电性取决于它的手性和直径，可以理解从一个孤立的平面片的压电响应开始，随着结构特定的映射从片到管表面。我们证明了单轴和剪切变形之间的耦合只允许在较低的手征对称性的纳米管。我们的研究表明，纳米管的压电性是从根本上不同于其对应的三维（3D）块体材料。
2003-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Identification of Electron Donor States in N-doped Carbon Nanotubes
采用热裂解法制备了氮掺杂碳纳米管，并用扫描电镜和透射电镜对其进行了表征。掺杂的纳米管都是金属的，并在费米能级附近表现出强的电子施主态。利用紧束缚和从头计算，我们观察到，吡啶类N结构负责的金属行为和费米能级附近的突出特点。这些富含电子的结构是n型纳米管的第一个例子，它可以为真正的分子异质结器件铺平道路。
2000-11-20 cond-mat.mtrl-sci
The strength of the radial-breathing mode in single-walled carbon nanotubes
我们表明，从头计算的径向呼吸模式在单壁碳纳米管的电子-声子耦合矩阵元M强烈依赖于管的手性。对于相同直径的纳米管，锯齿形管的耦合强度|M| ^2比扶手椅形管的耦合强度高一个数量级。对于（n，m）管，M取决于（n-m）mod 3的值，这允许通过它们的拉曼散射强度来区分具有相似直径的半导体纳米管。我们测量的共振拉曼光谱的径向呼吸模式，支持我们的理论预测。
2004-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Diameter-dependent conductance oscillations in carbon nanotubes upon torsion
我们将机电测量与{ \em ab initio}密度泛函计算相结合，解决了多壁碳纳米管中扭转诱导电导振荡起源的争议。根据我们的观察，振荡周期与纳米管直径的平方成反比，正如相同直径的单壁纳米管所预期的那样。这是支持我们的理论发现，微分扭转有效地使费米能级附近的多壁纳米管的壁，并移动量子线的费米动量。我们排除了与壁之间的配准变化相关的另一种解释，因为它会导致振荡周期的不同直径依赖性。
2008-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen-induced Unzipping of Single-Walled Carbon Nanotubes
用从头计算方法研究了氢原子在单壁扶手椅型碳纳米管上的化学吸附。一个单一的H原子被发现是化学吸附在内外壁的纳米管。氢在碳纳米管外部的吸附结合能远大于碳纳米管内部的吸附结合能。这是第一次，我们预测，两排的H原子化学吸附在选择性的网站外部的纳米管可以打破最近邻的C-C键的纳米管通过协同形成的C-H键，导致解链的纳米管壁。我们提供的见解负责的H-诱导解压缩的纳米管的基本电子结构，贷款强有力的支持，最近的实验观察的单壁纳米管在原子氢的存在下合并。有趣的是，化学吸附在纳米管内部的H原子不会导致C-C键的断裂。
2002-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Dark Excitons in Carbon Nanotubes
用从头计算方法研究了碳纳米管的最低多体激发态。基于这些计算和对激子的进一步理论分析，我们证明了暗和亮自旋单重态之间的分裂是由于库仑电子-空穴直接相互作用，暗激子总是具有gerade对称性，并且相对于亮激子它总是能量较低.将这些研究应用到0.4-0.8 nm直径的管中，我们发现了几十个meV的gerade-ungerade分裂，以及相当值的单重态-三重态分裂。我们对单重态分裂起源的对称性分析表明了提高纳米管发射效率的可能途径。
2006-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Band structure of boron doped carbon nanotubes
我们提出了{ \it ab initio}和自洽紧束缚计算的能带结构的单壁半导体碳纳米管与高度（高达25%）的硼取代。除了费米能降低到价带中之外，p掺杂剂的规则的周期性分布导致在未掺杂管的带隙中形成色散的"受体“状带。这是由于硼原子上的受主能级与离域碳$π$ -轨道的叠加。不规则（随机）硼掺杂导致高浓度的受体和未占据的碳态的费米边缘以上的混合物。
2003-11-07 cond-mat.mtrl-sci
The Symmetry of the Boron Buckyball and a Related Boron Nanotube
我们研究了硼巴基球和相关的硼纳米管的对称性。使用大规模的从头计算到二阶Møller Plesset微扰理论，我们已经明确确定了两个结构相关的硼簇的平衡几何/对称性：B80富勒烯和有限长度的（5，0）硼纳米管。发现B80团簇具有与C60分子相同的对称性Ih，因为它的20个额外的硼原子正好位于20个六边形的中心。此外，我们还表明，（5，0）硼纳米管没有遭受原子屈曲，其对称性是D5 d，而不是C5 v，如先前的计算所描述的。因此，我们预测，所有的硼纳米管轧制从α-片将是免费的结构扭曲，这有显着的影响，其电子性质。
2010-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Structure and formation energy of carbon nanotube caps
我们提出了一个详细的研究的几何形状，结构和能量的碳纳米管帽。我们证明了帽的结构唯一地决定了可以连接到它的纳米管的手性。帽的结构通过定义六个五边形在六边形晶格上的位置以几何方式指定。移动一个（或多个）五边形系统地为其他纳米管手性创建帽。对于（10，0）管的例子，我们使用从头计算研究不同的纳米管帽的形成能。具有孤立五边形的帽具有0.29+/-0.01eV/atom的平均形成能。一对相邻的五边形需要更大的形成能1.5eV。我们发现，形成相邻的五边形对的能量解释的直径分布在小直径的纳米管样品生长的化学气相沉积。
2005-09-07 cond-mat.mtrl-sci
Exciton binding energies in carbon nanotubes from two-photon photoluminescence
单光子和双光子荧光激发光谱表明，单壁碳纳米管中存在一系列不同的激子态。不同波函数对称性的单光子和双光子激活激子态之间的能量分裂是碳纳米管中激子相互作用的指纹。我们确定激子的结合能为0.3-0.4 eV的不同的纳米管的直径在0.7和0.9 nm之间。我们的结果得到了线性和非线性光谱的从头计算的支持，证明了碳纳米管的基元光激发是强库仑关联的准一维电子空穴对，即使在室温下也是稳定的.这改变了我们对碳纳米管电子结构和库仑相互作用的微观理解，并对新型纳米管器件的光学和输运性质产生直接影响。
2005-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Optoelectronic Properties of Amorphous Carbon-Based Nanotube and Nanoscroll
自支撑单层无定形碳（MAC）是近年来合成的一种由大小不等的原子环随机分布而成的纯碳结构。在这项工作中，我们进行了从头算和紧束缚计算，以调查的光电性能的MAC及其衍生的纳米管和纳米卷配置。我们的研究结果表明，MAC，管，涡卷表现出类似的电子行为。所有结构吸收从红外到紫外，最大吸收峰在可见光-紫外（$\sim 3.2$ eV）。最大和最小反射率值在0.3-0.5（红外线）和0.1-0.0（紫外线）范围内，使这些材料成为紫外线过滤器的良好候选者。
2020-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Chemically active substitutional nitrogen impurity in carbon nanotubes
采用从头算密度泛函理论研究了锯齿形和扶手椅形半导体单壁碳纳米管中氮替代杂质的性质。在低浓度（小于1原子%）下，半导体管中的缺陷态变得空间局部化，并在带隙中形成平坦的能级。这样的定域状态使得杂质位点具有化学活性和电子活性。我们发现，如果两个相邻的管有他们的杂质面对彼此，管间共价键的形式。这一发现为隧道结开辟了一个有趣的可能性，以及通过选择性地在杂质位点与配体形成化学键来使适当掺杂的碳纳米管官能化。如果管间键密度足够高，则可以形成高度堆积的互连单壁纳米管束。
2004-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Imaging the symmetry breaking of molecular orbitals in carbon nanotubes
碳纳米管由于其独特的电子性质而引起了人们的极大兴趣。它们是一维材料的基础研究以及未来分子电子学应用的迷人候选者。纳米管的分子轨道是特别重要的，因为它们支配系统的传输特性和化学反应性。在这里，我们首次展示了一个完整的单壁碳纳米管分子轨道的原子分辨扫描隧道光谱实验研究。局部电导测量显示壮观的碳-碳键的不对称性在范霍夫奇异的半导体和金属管，展示了对称性破缺的分子轨道在纳米管。无论管，只有两种类型的互补轨道交替观察。一个分析紧束缚模型描述的干扰模式？从头计算证实的轨道，完美地再现了实验结果。
2009-11-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles phase-coherent transport in metallic nanotubes with realistic contacts
采用第一性原理计算方法研究了具有真实接触的碳纳米管中的相位相干电子输运。我们专注于开放的金属碳纳米管的零偏压响应考虑两个原型接触几何形状（端部和侧面）和三个常用的金属电极（铝，金，钛）。我们的从头算电输运计算，第一次，定量预测的接触透明度和有限的金属碳纳米管的输运性质。Al和Au的接触较差，而Ti是三者中的最佳选择。还获得了关于接触处CNT带混合的附加信息。
2002-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Diameter and Chirality Dependence of Exciton Properties in Carbon Nanotubes
我们计算了半导体单壁碳纳米管（SWNTs）中激子的结合能、尺寸和亮暗分裂随直径和手性的变化。利用{ \it ab initio}计算的结果和见解，我们采用了基于有效质量和密度函数近似的变分方法，使用紧束缚波函数。结合能和空间范围显示出与直径的主要依赖性，分别为$1/d$和$d$，手性校正提供了大约20%的扩散，具有强的家族行为。暗激子分裂显示出$1/d^2$领先的依赖性。我们提供的结合能，大小和分裂，应该是有用的，以指导未来的实验的解析表达式。
2006-06-18 cond-mat.mtrl-sci
First Principle Study of Electron Transport in Single-Walled Carbon Nanotubes of 2 to 22 nm in Length
提出了一种基于量子化学从头算方法的延伸方法。它允许使用混合密度泛函理论研究单壁碳纳米管（SWCNTs）的电子结构和相干电子输运性质的长度为22 nm的。22纳米长的单壁碳纳米管，由超过一万个电子组成，是有史以来在如此复杂的全电子水平上研究的最大的碳纳米管。有趣的振荡行为的能隙相对于纳米管的长度被揭示。计算的单壁碳纳米管的电流-电压特性与最近的实验结果非常吻合。这证实了实验观察，即15 nm长的SWCNT仍然主要是弹道输运装置。所提出的延长方法为纳米和生物电子学的第一性原理研究打开了一扇新的大门。
2005-01-14 cond-mat.mtrl-sci
Many-body effects on the electronic and optical properties of strained semiconducting carbon nanotubes
我们提出了多体\textit{ab initio}计算的电子和光学性质的半导体锯齿形碳纳米管在单轴应变。GW方法被用来获得准粒子带隙，并与Bethe-Salpeter方程相结合，以获得光学吸收谱。我们发现电子带隙对应变的依赖性比之前基于紧束缚模型或密度泛函理论预测的更加复杂。此外，我们表明，激子能量和激子结合能显着依赖于应变，与几十毫电子伏每百分之应变的变化，但尽管这些强烈的变化的吸光度被发现几乎是独立的应变。我们的研究结果为理解和设计基于碳纳米管的光机系统提供了新的指导。
2013-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Linear-scaling ab-initio calculations for large and complex systems
简要回顾了SIESTA项目的背景下，线性标度密度泛函方法的电子结构计算和分子动力学模拟的系统与大量的原子。综述了该方法在不同体系中的应用，包括碳纳米管、金纳米结构、硅表面吸附物和核酸。同时，介绍了适用于线性标度方法的原子轨道基的研究进展。
1999-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Silicon and III-V compound nanotubes: structural and electronic properties
单壁碳纳米管的不寻常的物理性质已经开始寻找其他元素的类似管状结构。在本文中，我们提出了一个理论分析的单壁纳米管的硅和III-V族化合物。从前驱体类石墨烯结构出发，采用第一性原理赝势平面波方法和有限温度从头算分子动力学计算，研究了锯齿形和扶手椅形管的稳定性、能量学和电子结构.我们发现，（n，0）锯齿形和（n，n）扶手椅型硅纳米管，其中n > 6是稳定的，但那些与n < 6可以通过内部或外部吸附的过渡金属元素稳定。这些管中的一些具有磁性基态，导致自旋电子学性质。我们还研究了径向和轴向变形下的纳米管的稳定性。由于径向回复力较弱，稳定的硅纳米管径向较软。未变形的锯齿形纳米管由于曲率效应在6 < n < 11时为金属性的，但在n > 12时开始出现间隙。此外，我们确定了由Si多边形堆叠形成的稳定管状结构。我们发现AlP，GaAs和GAN（8，0）单壁纳米管稳定且半导体。我们的结果进行了比较与单壁碳纳米管。
2005-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Family of boron fullerenes: general constructing schemes, electron counting rule and ab initio calculations
提出了一套通用的构建方案，预测了一个大家族的稳定的单元素硼，空心富勒烯的幻数为32+8k（k>=0）。这些新的硼富勒烯显着的稳定性，然后研究了激烈的从头计算。电子计数规则以及一个孤立的空心规则，提出了很容易显示的高稳定性和电子键合性能，这也表明适用于一些新预测的硼片和纳米管。
2009-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Electromechanical Effects in Carbon Nanotubes
我们进行从头计算带电石墨烯和单壁碳纳米管（CNT）。获得了大量的机电行为：（1）纳米管和石墨烯都在电子注入时膨胀。(2)在空穴注入时，金属纳米管和石墨烯显示出非单调行为：在增加空穴密度时，晶格常数最初收缩，达到最小值，然后开始膨胀。在最小晶格常数的空穴密度为0.3 |e| /原子的石墨烯和0.1和0.3之间的|e| /原子的金属纳米管的研究。（3）小直径（d <~ 20 A）的半导体碳纳米管在空穴注入时总是膨胀的;（4）大直径（d >~ 20 A）的半导体碳纳米管表现出介于金属碳纳米管和大间隙碳纳米管之间的行为。(5)应变与额外的电荷显示出线性加幂律行为，具有石墨烯、金属和半导体CNT的特征指数。所有这些特征都可以在一个简单的紧束缚总能量模型中得到物理上的理解。
2002-11-18 cond-mat.mtrl-sci
