Diffusion-Limited Exciton-Exciton Annihilation in Carbon Nanotubes: Theoretical Model and its Comparison with Nonlinear Photoluminescence Experiment
Yoichi Murakami
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Exciton resonances quench the photoluminescence of zigzag carbon nanotubes
我们发现，单壁碳纳米管的光致发光强度是强得多的大手性角管-扶手椅管-因为激子共振使锯齿形管的发光本质上弱。这种激子-激子共振取决于管的电子结构，并且在+1族的纳米管中更常见。扶手椅管不一定优先生长与目前的生长技术;他们只是有更强的发光。我们的分析允许归一化的光致发光强度，并发现在宏观样品中的纳米管手性的丰度。
Photoluminescence clamping with few excitons in a single-walled carbon nanotube
单个空气悬浮的碳纳米管（长度2 - 5微米）对于低强度的共振泵浦表现出高的光量子效率（7 - 20%）。在超快激发下，对于非常低的注入激子数（每个单壁碳纳米管每个脉冲2至6个激子），光致发光显著饱和。这种PL钳位归因于在微米长度尺度上的高效激子-激子湮灭。激子动力学和飞秒激发相关光谱的随机建模允许测定纳米管吸收（2 - 6%）和激子寿命（85 +- 20 ps）。
Single- and multi-walled molybdenum disulfide (MoS$_2$) nanotubes have been coaxially grown on small diameter boron nitride nanotubes (BNNTs) which were synthesized from heteronanotubes by removing single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), and systematically investigated by optical spectroscopy. The strong photoluminescence (PL) from single-walled MoS$_2$ nanotubes supported by core BNNTs is observed in this work, which evidences a direct band gap structure for single-walled MoS$_2$ nanotubes with around 6 - 7 nm in diameter. The observation is consistent with our DFT results that the single-wa…
Cross-polarized optical absorption of single-walled nanotubes probed by polarized photoluminescence excitation spectroscopy
利用偏振光致发光激发（PLE）光谱观察了孤立单壁碳纳米管的交叉偏振吸收峰。使用一个简单的理论PL各向异性，所观察到的PLE光谱分解成“纯”组件的光激发的入射光偏振平行和垂直于单壁碳纳米管轴。对于几个（n，m）单壁碳纳米管，观察到对应于垂直激发的不同峰。测得的垂直激发的跃迁能量蓝移相比，在一个单粒子理论预测的定性值。结果表明，垂直激发的激子结合能比平行激发的小。
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。
Photoluminescence Study of Carbon Nanotubes
通过电弧放电和化学气相沉积方法制备的多壁碳纳米管在光致发光实验中显示出强的可见光发射。实验中所用的所有样品的发射带强度对激发强度的依赖关系几乎都是超线性的，而发射带的中心位置和线形对温度的依赖关系可以忽略不计。通过对电子能带结构和光学跃迁的理论分析，认为除了基本带隙的电子跃迁外，π和σ导带之间的跃迁是发光的主要来源。提出了两步过渡机制。
Exciton energy transfer in nanotube bundles
光致发光通常用于识别单个纳米管的电子结构。但是，纳米管自然地以束的形式存在。因此，我们研究纳米管束的光致发光。我们表明，它们的复杂的光谱简单地解释相邻管之间的激子能量转移，从而激发大间隙管诱导发射较小的间隙通过激子之间的福斯特相互作用。随之而来的弛豫速率比非辐射复合快，导致增强的受主管的光致发光。这种指纹与不同的成分捆绑在一起，为优化它们的光电子学提供了机会。
Photoluminescence sidebands of carbon nanotubes below the bright singlet excitonic levels: Coupling between dark excitons and K-point phonons
我们进行了详细的光致发光（PL）光谱研究的三种不同类型的单壁碳纳米管（SWNTs）通过使用样品，基本上只包含一种手性类型的单壁碳纳米管，（6，5），（7，5），或（10，5）。所观察到的PL光谱明确地显示存在的发射边带在~ 145毫电子伏以下的最低单重态激子（E11）的水平，其身份和起源现在正在辩论中。我们发现E11能级和边带之间的能量分离几乎与单壁碳纳米管的直径无关。基于此，我们归因于观察到的边带的起源K点LO声子和偶极禁戒暗激子之间的耦合，最近建议的基础上测量（6，5）单壁碳纳米管。
Identification of excitonic phonon sideband by photoluminescence spectroscopy of single-walled carbon-13 nanotubes
研究了由少量同位素修饰的乙醇合成的碳-13单壁碳纳米管（SW 13 CNTs）的光致发光（PL）和共振拉曼散射（Raman）。SW 13碳纳米管的拉曼光谱形状几乎没有变化，除了拉曼位移频率下降了质量比12/13的平方根。通过比较SW 13碳纳米管和普通碳纳米管的光致发光激发（PLE）光谱，由于强激子-声子相互作用的激子声子边带被清楚地确定与预期的同位素位移。
Strong Visible Absorption and Photoluminescence of Titanic Acid Nanotubes by Hydrothermal Method
钛酸纳米管（具有化学式H2Ti2O4（OH）2，缩写为TANTs）通过水热法使用商业TiO2纳米颗粒粉末（P25，Degussa，德国）作为起始材料合成，所述商业TiO2纳米颗粒粉末包括金红石相和金红石相。通过用10 M NaOH水溶液处理纳米颗粒粉末实现从纳米颗粒到纳米管的转化。吸收和光致发光（PL）数据表明，在缓慢和适当的干燥和加热条件下获得的纳米管具有非常强和稳定的可见光吸收，在515，575和675 nm处有三个峰，并且在室温下在空气中具有光致发光。
Azide modification forming luminescent sp2 defects on single-walled carbon nanotubes for near-infrared defect photoluminescence
本研究通过叠氮化物功能化在单壁碳纳米管上构建发光sp2型缺陷，实现1116 nm近红外缺陷光致发光，揭示缺陷局域效应对激子性质的调控作用，为激子工程纳米材料设计提供新途径。
Defect Induced Photoluminescence from Dark Excitonic States in Individual Single-Walled Carbon Nanotubes
我们发现，新的低能量的光致发光（PL）带可以创建在半导体单壁碳纳米管的强脉冲激发。新的频带归因于PL从不同的名义上的暗激子是“明亮的”，由于缺陷引起的混合状态具有不同的奇偶校验和/或自旋。单纳米管上的时间分辨PL研究揭示了亮激子的寿命显着减少后的黑暗激子的亮度。最低能量的暗态具有较长的寿命，并且与亮态不处于热平衡。
Enhancement of semiconducting single-wall carbon nanotubes photoluminescence
报道了不同金属单壁碳纳米管（m-SWNT）浓度的半导体单壁碳纳米管（s-SWNT）薄膜的光致发光特性。通过聚合物辅助选择性萃取获得s-SWNT纯化样品。我们表明，在样品中的几个m-SWNT产生急剧淬火的发射。因此，高度纯化的s-SWNT薄膜是一种强发光材料，并且是未来光子学应用的良好候选者，例如近红外发射器、调制器和探测器。
Nonlinear Photoluminescence Excitation Spectroscopy of Carbon Nanotubes: Exploring the Upper Density Limit of One-Dimensional Excitons
利用非线性光致发光激发光谱研究了单壁碳纳米管中高密度激子的发光特性。随着激发强度的增加，由不同手性引起的所有发射峰在强度上显示出明显的饱和。每个峰都表现出与激发波长无关的饱和值，表明每个纳米管物种的激子密度都有上限。我们开发了一个理论模型的基础上激子扩散和激子-激子湮灭，成功地再现了饱和行为，使我们能够估计激子密度。这些估计的密度被发现仍然是大大小于预期的莫特密度，即使在饱和状态下，与传统的半导体量子线。
Magnetic Brightening of Carbon Nanotube Photoluminescence through Symmetry Breaking
通常，系统中微观对称性的改变会导致其宏观性质的急剧变化。在这里，我们报告说，对称性破缺的管线程磁场可以大大增加半导体单壁碳纳米管的光致发光量子产率，多达6倍，在低温下。为了解释这种看似无关的性质之间的惊人联系，我们已经开发了一个全面的理论模型的基础上依赖于磁场的一维激子能带结构和强库仑相互作用和Aharonov-Bohm效应的相互作用。这最终解释了我们的数据作为第一个实验观察暗激子5-10毫电子伏以下的明亮的激子在单壁碳纳米管。我们预测，这种量子产率的增加可以在无无序样品中大得多。
Existence of an upper limit on the density of excitons in carbon nanotubes by diffusion-limited exciton-exciton annihilation: Experiment and theory
通过对光激发的单壁碳纳米管的光电发射特性的研究，我们证明了可达到的激子密度存在一个上限。随着光激发强度的增加，不同手性的单壁碳纳米管的光致发光发射峰均呈现明显的饱和现象。每个峰都表现出与激发波长无关的饱和值，表明每个纳米管物质的激子密度都有上限。我们提出，这种饱和行为是一个有效的激子-激子湮灭的结果，通过激子衰减非辐射。为了解释实验结果，并获得激子密度的饱和制度，我们已经开发了一个模型，考虑到产生，扩散限制激子-激子湮灭，和自发衰变的一维激子。使用该模型，我们能够重现实验获得的饱和曲线在一定的近似下，激子密度估计。通过与蒙特卡罗模拟的比较，证实了该模型的有效性。最后，我们表明，传统的速率方程激子-激子湮灭不考虑激子扩散未能符合实验观察到的饱和行为，特别是在高激子密度。
Probing defects in chemically synthesized ZnO nanostrucures by Positron Annihilation and Photoluminescence Spectroscopy
本文介绍了化学合成的ZnO纳米粒子的各种尺寸的本征缺陷的结构排列的大小引起的变化。常规的X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）已被用来确定纳米ZnO样品的形状和尺寸。利用正电子湮没谱的详细研究揭示了锌空位的存在。而光致发光分析结果预测了带电氧空位的特征。尺寸引起的正电子参数以及光致发光性质的变化，已显示出对比或非单调的趋势，因为尺寸从4 nm到85 nm变化。与单电荷氧空位占优势的较大纳米结构相比，低于临界尺寸（~ 23 nm）的小球形颗粒由于双电荷氧空位的较高占据而接收更多的正表面电荷。这种电子变化被认为引发了另一种有趣的现象，被描述为纳米颗粒内的正电子限制。最后，基于所有的结果，在本样品中的本征缺陷的结构排列的模型已被调和。
Metal-Enhanced Fluorescence of Carbon Nanotubes
单壁碳纳米管（SWNTs）的光致发光（PL）量子产率相对较低，文献中报道了金属物种的各种猝灭效应。在这里，我们报告的第一例金属增强荧光（MEF）的纳米结构的金基板上的表面包覆的碳纳米管。观察到单壁碳纳米管的光致发光量子产率提高了10倍以上。测量了不同手性的单壁碳纳米管的荧光增强对金属-纳米管距离和金基底的表面等离子体共振（SPR）的依赖性，以揭示增强的机制。与金属直接接触的表面活性剂涂覆的单壁碳纳米管表现出强的MEF而不淬灭，这表明单壁碳纳米管的范德华距离的顺序上的小淬灭距离，超过该范围，纳米管中固有的快速非辐射衰减速率几乎没有被金属增强。金属增强的单壁碳纳米管的荧光是由于辐射寿命缩短，通过共振耦合的单壁碳纳米管发射的再辐射偶极等离子体激元模式的金属。
Deterministic Formation of Single Organic Color Centers in Single-Walled Carbon Nanotubes
本研究提出一种利用原位光化学反应在单壁碳纳米管中确定性形成单个有机色心的新技术，通过监测光致发光强度变化实现精确控制，并验证了位置可控形成及光子反聚束，为量子光子器件集成奠定基础。
We measure low-temperature micro-photoluminescence spectra along a MoS$_2$ nanotube, which exhibit the peaks of the optical whispering gallery modes below the exciton resonance. The variation of the position and intensity of these peaks is used to quantify the change of the nanotube geometry. The width of the peaks is shown to be determined by the fluctuations of the nanotube wall thickness and propagation of the detected optical modes along the nanotube. We analyse the dependence of the energies of the optical modes on the wave vector along the nanotube axis and demonstrate the potential of t…
Electron-electron interaction effects on optical excitations in semiconducting single-walled carbon nanotubes
我们报道了十个直径范围很宽的半导体单壁碳纳米管的光学激发态的相关电子计算。光激发发生激子的结合能随着纳米管直径的增加而减小，并且小于聚-（对苯撑乙烯）的孤立链的结合能。沿纳米管轴向极化的第二光学激子的能量与最低激子的能量之比小于单粒子理论预测的值。实验观察到的弱光致发光是半导体纳米管的固有特征，并且是偶极禁戒激子发生在光激子下方的结果。
Electron-Hole Asymmetry in Single-Walled Carbon Nanotubes Probed by Direct Observation of Transverse Quasi-Dark Excitons
我们研究了单壁碳纳米管（SWNTs）中的价带和导带之间的不对称性，通过直接观察自旋单重态横向暗激子使用偏振光致发光激发光谱。电子-空穴（e-h）不对称性提高了横向激子波函数在动量空间中两个等价的K和K'谷处的简并度，从而使横向暗激子态具有有限的振子强度。手性依赖的光谱重量转移到横向暗态被清楚地观察到，表明的e-h不对称的程度取决于特定的纳米管结构。基于理论和实验结果的比较，我们评估了石墨烯和各种碳纳米管结构中的能带不对称性参数。
Semiconducting single-walled carbon-nanotubes (SWCNTs) are an interesting material for strong-light matter coupling due to their stable excitons, narrow emission in the near infrared and high charge carrier mobilities. Furthermore, they have emerged as quantum light sources as a result of the controlled introduction of luminescent quantum defects (sp$^{3}$-defects) with red-shifted transitions that enable single-photon emission. The complex photophysics of SWCNTs and overall goal of polariton condensation pose the question of how exciton-polaritons are populated and how it might be optimized. …
Direct Experimental Evidence of Exciton-Phonon Bound States in Carbon Nanotubes
我们提出了直接的实验观察激子声子束缚态的光致发光激发光谱孤立的单壁碳纳米管在水悬浮液。从几个不同的单壁碳纳米管的光致发光激发光谱显示存在至少一个边带相关的切向模式，躺在{200 meV}以上的主要吸收/发射峰。边带的能量位置和线形与最近的计算[PRL { \bf 94}，027402（2005）]非常一致，该计算预测存在激子-声子束缚态，相当大的光谱重量转移到这些激子-声子复合物，并且这种转移的量取决于特定的纳米管结构和直径。这些新的激子-声子复合物的观察是一个强有力的迹象，碳纳米管的光学性质具有激子的性质，也是声子在描述碳纳米管中的激发和复合机制中发挥的中心作用。
Optical Properties of Ultrashort Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotube Capsules Down to Sub-10 nm
单壁碳纳米管（SWNTs）通常较长（>100 nm），并且已经作为具有有趣的电学、机械和光学性质的新型准一维系统而被很好地建立。在这里，准零维单壁碳纳米管与有限的长度下降到分子尺度（平均7.5 nm），通过长度分离，使用密度梯度超离心法获得。利用不同长度的碳纳米管在密度梯度中的不同沉降速率，对单壁碳纳米管进行长度分类。单壁碳纳米管馏分的光学实验表明，紫外-可见-近红外吸收和光致发光峰的超短单壁碳纳米管蓝移高达30毫电子伏相比，长的纳米管，由于量子限制效应沿长度的超短单壁碳纳米管。这些纳米管胶囊基本上对应于SWNT量子点。
Study of the optimal conditions for NV- center formation in type 1b diamond, using photoluminescence and positron annihilation spectroscopies
研究了质子辐照结合真空热退火在~1b型金刚石单晶中产生负电荷氮空位色心（NV-）的最佳工艺参数。几个样品在不同的辐照和退火条件下处理，其特征在于慢正电子束多普勒展宽和光致发光（PL）光谱。在高质子注量的另一个复杂的空位缺陷出现限制NV-的形成。根据PL测量，NV-的浓度估计高达2.3 x 10^18 cm^-3。此外，我们还用NV ~-理论推导了正电子的俘获系数。这项研究深入了解了金刚石中高浓度NV-的生产，这在超灵敏磁力测量和量子混合系统应用中至关重要。
Intersubband decay of 1-D exciton resonances in carbon nanotubes
我们从实验和理论上研究了半导体碳纳米管中E22激子的子带间衰减。具有手性指数（n，m）的半导体纳米管的光致发光激发线宽可以映射到具有常数（n-m）和（2n+m）曲线的连通性网格上。此外，E22线宽的全局行为的最佳特征是随着能量的强烈增加，而与它们的（n-m）mod（3）= \pm 1家族隶属关系无关。Bethe-Salpeter方程的解表明，E22线宽主要由声子辅助耦合到E11和E12激子带的高动量态。计算还表明，衰变到激子带与自由载流子带的分支比分别约为10：1。
Direct versus indirect band gap emission and exciton-exciton annihilation in atomically thin molybdenum ditelluride (MoTe$_2$)
我们探测了$N$层二碲化钼（MoTe $_2$）在连续波（cw）区的室温光致发光.单层MoTe $_2$的光致发光量子产率是双层MoTe $_2$的3倍，是体极限的40倍。单层和双层MoTe $_2$分别在$1.10~\rm eV$和$1.07~\rm eV$处显示几乎对称的发射线，其主要来自A激子的直接辐射复合。相比之下，$N\geq3-$层MoTe $_2$表现出大大降低的光致发光量子产率和更宽的、红移的和看似双峰的光致发光光谱。低能量和高能量的贡献分别归因于间接和直接光学带隙的发射。块状MoTe $_2$在0.94 eV处显示出宽的发射线，其主要贡献被分配给来自间接光学带隙的发射。与相关系统（例如MoS $_2$、MoSe $_2$、WS $_2$和WSe $_2$）相比，单层直接光学带隙和体间接光学带隙之间的较小能量差导致光致发光量子产率随着$N$减小而更平滑地增加。此外，我们研究了单层MoTe $_2$的光致发光强度的演变作为激子形成速率$W_\mathrm{abs}$的函数，直到$3.6\times 10^{22}~\rm{cm}^{-2} s^{-1}$。光致发光光谱的线形在很大程度上保持独立于$W_\mathrm{abs}$，而光致发光强度在$W_\mathrm{abs}\sim 10^{21}~\rm cm^{-2} s^{-1}$以上呈次线性增长。这种行为被分配…
Polytype-Dependent Upconversion Photoluminescence in 3R-MoS2
研究发现3R-MoS₂中上转换光致发光的多型依赖性，揭示了铁电构型对非线性光学过程的调控作用。
Growth and characterization of GaAs nanowires on carbon nanotubes composite films: toward flexible nanodevices
采用真空抽滤法制备了聚乙烯亚胺功能化碳纳米管薄膜，并在温和条件下用HAuCl 4原位还原法制备了Au纳米粒子修饰碳纳米管薄膜。这些Au纳米粒子随后被用于GaAs纳米线（NWs）的气-液-固过程中的气体源分子束外延系统的生长。该过程导致GaAs纳米线在单壁纳米管（SWNT）膜的整个表面上密集生长。纳米线，这是在各种角度相对于单壁碳纳米管薄膜取向，直径范围在20至200 nm之间，高度高达2.5 μ m。透射电子显微镜分析的NW-SWNT接口表明，NW生长的纳米管复合膜的表面上发起。一个单一的NW标本的光致发光特性表现出很高的光学质量。整流不对称的电流-电压行为观察到接触NW合奏，并归因于核壳pn结内的NW。这种新型混合架构的潜在应用包括柔性太阳能电池、显示器和传感器。
Optical microcavity with semiconducting single-wall carbon nanotubes
我们报道了基于半导体单壁碳纳米管的光学法布里-珀罗微腔的研究，其品质因数为160。我们实验证明了一个巨大的光致发光信号增强的一个因素，30倍，与相同的膜相比，和一个因素的180倍，如果与一个薄膜含有非纯化的（8，7）纳米管。此外，光致发射的光谱半峰全宽降低到8 nm，在约1.3 $μ$ m的波长处具有非常好的方向性。这些结果证明了碳纳米管在光子应用方面的巨大潜力。
The controlled covalent functionalization of semiconducting single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with luminescent sp$^{3}$ defects leads to additional narrow and tunable photoluminescence features in the near-infrared and even enables single-photon emission at room temperature, thus strongly expanding their application potential. However, the successful integration of sp$^{3}$-functionalized SWCNTs in optoelectronic devices with efficient defect state electroluminescence not only requires control over their emission properties but also a detailed understanding of the impact of functionaliza…
The functionalization of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with luminescent sp$^{3}$ defects has greatly improved their performance in applications such as quantum light sources and bioimaging. Here, we report the covalent functionalization of purified semiconducting SWCNTs with stable organic radicals (perchlorotriphenylmethyl, PTM) carrying a net spin. This model system allows us to use the near-infrared photoluminescence arising from the defect-localized exciton as a highly sensitive probe for the short-range interaction between the PTM radical and the SWCNT. Our results point toward …
Organic color centers in single-walled carbon nanotubes have demonstrated exceptional ability to generate single photons at room temperature in the telecom range. Combining the color centers with pristine air-suspended tubes would be desirable for improved performance, but all current synthetic methods occur in solution which makes them incompatible. Here we demonstrate formation of color centers in air-suspended nanotubes using vapor-phase reaction. Functionalization is directly verified on the same nanotubes by photoluminescence spectroscopy, with unambiguous statistics from more than a few …
Optical Determination of Electron-Phonon Coupling in Carbon Nanotubes
我们报道了一种直接测量碳纳米管中电子-声子耦合的光学方法，通过关联共振拉曼激发轮廓的第一和第二谐波。该方法适用于1D和0 D系统，并且不限于表现出光致发光的材料。在5个不同的纳米管的径向呼吸模式的电子-声子耦合的实验结果显示从3-11毫电子伏的耦合强度，取决于手性。计算结果与Goupalov等人计算的手性和直径依赖性吻合得很好。
Ultrashort Carbon Nanotubes with Luminescent Color Centers are Bright NIR-II Nano-Emitters
本文报道长度远小于100 nm的色心功能化超短碳纳米管在NIR-II窗口具有惊人亮度，单管量子产率可达20%，并展示了其在厚脑组织中的高分辨率三维纳米成像应用。
Doping single wall carbon nanotubes with differently charged porphyrins
研究了卟啉掺杂单壁碳纳米管在十二烷基苯磺酸钠（NaDDBS）水分散体系中的光致发光（PL）。PL光谱被用来绘制PL图，其中最大值对应于与单壁碳纳米管电子结构的（E11，E22）第一范霍夫奇异性相关的吸收-发射激子过程。卟啉的净电荷的影响是一个决定性的因素，在能量图最大位移（EMMS）相比，一个原始的NaDDBS/SWNT分散体的能量图。一个非相互作用的卟啉被用来作为参考，以消除介质的介电常数的影响，在EMMS。
Selective Synthesis Combined with Chemical Separation of Single-Walled Carbon Nanotubes for Chirality Selection
单壁碳纳米管（SWNTs）是未来纳米电子学的潜在材料。由于单壁碳纳米管的电子和光学性质强烈依赖于管径和手性，通过选择性生长或化学分离获得具有窄（n，m）手性分布的单壁碳纳米管一直是研究的活跃领域。在这里，我们证明了一种新的，cross-FeRu催化剂提供单壁碳纳米管生长窄直径和手性分布在甲烷CVD。根据UV-vis-NIR吸收和光致发光激发/发射（PLE）光谱表征，在600 ℃下，在FeRu催化剂上的甲烷CVD主要产生（6，5）SWNT。在850 ℃下，产生的主要半导体物质是（8，4）、（7，6）和（7，5）SWNT，其直径和手性分布比通过其他催化剂生长的材料窄得多。此外，我们表明，窄直径/手性生长结合离子交换色谱法（IEC）的化学分离，极大地促进实现单（m，n）单壁碳纳米管样品，如通过获得高度富集（8，4）单壁碳纳米管与近消除金属单壁碳纳米管存在于生长的材料。
Efficient light upconversion via resonant exciton-exciton annihilation of dark excitons in few-layer transition metal dichalcogenides
本文通过理论-实验联合研究，揭示了少层过渡金属二硫属化物中由动量相反暗激子对的共振激子-激子湮灭驱动的高效光上转换机制，并在MoS2、MoSe2、WS2和WSe2中实现了从绿光到紫外光的可调上转换发光。
Trions, Exciton Dynamics and Spectral Modifications in Doped Carbon Nanotubes: A Singular Defect-Driven Mechanism
本研究结合多种光谱与激子输运/盒中粒子模型，揭示掺杂 s-SWNT 中被俘获电荷通过猝灭位点、势垒和三激子态共同调控激子动力学及光谱。
Direct Observation of Dark Excitons in Individual Carbon Nanotubes: Role of Local Environments
我们报道了在磁场中通过低温显微光致发光光谱直接观察到单壁碳纳米管中自旋单重态暗激子态。沿着纳米管轴向施加高达5 T的磁场，使暗态变亮，导致新的发射峰的出现。该峰的强度随着电场的增加而迅速增加，以牺牲最初占主导地位的亮激子峰为代价，并最终在电场$>$ 3 T处变为主导。这种行为，普遍观察到的50多个不同的手性纳米管，可以定量地解释，通过一个模型，将Aharonov-Bohm效应和谷间库仑混合，明确证明暗激子的存在。直接测量的暗-亮分裂值为1-4毫电子伏的管直径为1.0-1.3纳米。分裂值的分散强调了纳米管周围的局部环境在确定单壁碳纳米管的激子精细结构中的作用。
Mechanism of Electrolyte-Induced Brightening in Single-Wall Carbon Nanotubes
虽然电解质添加到单壁碳纳米管的十二烷基硫酸钠悬浮液中已被证明会导致纳米管光致发光（PL）的显着增亮，增亮机制尚未得到解决。在这里，我们使用时间分辨PL衰减测量探测这种机制。我们发现，PL衰减时间增加了一个因素的2上添加氯化铯作为电解质。这样的增加直接平行于观察到的近一倍的PL强度，表明增亮的结果主要是从与激子扩散淬火网站的非辐射衰减率的变化。我们的研究结果表明，这些网站的数量减少的结果从电解质诱导的表面活性剂表面结构的重新取向，部分地除去口袋的水从管表面激子可以解离，从而强调了界面水的贡献激子复合过程。
Femtosecond Excitation Correlation Spectroscopy of Single-Walled Carbon Nanotubes : Analysis Based on Nonradiative Multiexciton Recombination Processes
利用飞秒激发相关（FEC）光谱研究了单壁碳纳米管（SWNTs）中多激子复合过程产生的非线性时间分辨发光信号。从理论分析的FEC信号，我们发现，FEC信号在长时间范围内占主导地位的单壁碳纳米管的激子衰减，激子-激子湮灭过程是有效的。我们的结果提供了一个简单的方法来澄清在低维材料中的单激子衰减动力学。
Efficient and controlled charge transport in networks of semiconducting single-walled carbon nanotubes is the basis for their application in electronic devices, especially in field-effect transistors and thermoelectrics. The recent advances in selective growth, purification, and sorting of semiconducting and even monochiral carbon nanotubes have enabled field-effect transistors with high carrier mobilities and on/off current ratios that were impossible a few years ago. They have also allowed researchers to examine the microscopic interplay of parameters such as nanotube length, density, diamet…
Optical Characterizations and Electronic Devices of Nearly Pure (10,5) Single-Walled Carbon Nanotubes
实现仅由单手性单壁碳纳米管（SWNT）组成的高性能单壁碳纳米管场效应晶体管（FET）仍然是一个难以实现的目标。已经设计了许多分离机制，并证明了不同程度的分离，但仍然难以达到将给定的纳米管混合物完全分馏成其单一手性组分的目标。据报道，色谱法可以根据直径、手性和长度分离小的单壁碳纳米管（直径小于0.9nm）。使用ssDNA序列d（GT）n（n=10-45）时，分离效率随管径增加而降低。本文报道了用离子交换色谱法从HiPco管中分离单手性（10，5）单壁碳纳米管（直径= 1.03nm）的结果。通过使用新的DNA序列（TTTA）3 T提高了分离效率，所述新的DNA序列（TTTA）3 T可以识别具有特定手性的SWNT（10，5）。通过光学吸收、拉曼光谱、光致发光激发/发射和电输运测量研究了分离管的手性。所有光谱方法均得到（10，5）管的单峰。根据电测量，纯度为99%。由于单个手性富集的（10，5）管，由并联的分离的SWNT组成的FET给出高达106的Ion/Ioff比。这是首次实现具有单手性SWNT的SWNT FET。色谱法具有将甚至更大直径的半导体SWNT与其它起始材料分离的潜力，用于进一步改善SWNT FET的性能。
Universal properties of quasi-one-dimensional excitons in semiconducting single-walled carbon nanotubes and $π$-conjugated polymers
半导体单壁碳纳米管（S-SWCNT）中的初级光激发的性质是当前的强烈兴趣。我们研究了S-SWCNTs和两种不同的$π$共轭聚合物在溶液和薄膜中的发射光谱，并对这些系统进行了超快泵浦-探测光谱。相对于吸收带的发射光谱在S-SWCNT和聚合物中非常相似，在膜中具有红移的光致发光，显示激子迁移。单壁碳纳米管和$π$共轭聚合物中的瞬态光致发光（PA）也非常相似，在所有情况下都具有低能量PA $_1$和较高能量PA $_2$.理论计算了相关$π$ -电子哈密顿量内的激发态跃迁，发现S-SWCNT和$π$ -共轭聚合物具有相同的激子能谱，说明了碳基$π$ -共轭体系中准一维激子的普遍特征。在这两种情况下，PA $_1$是从光学允许激子到双光子激子的激发态吸收，其发生在连续带阈值以下。因此，PA $_1$给出了最低光学激子的结合能的下限。通过实验和理论方法确定了薄膜中直径为$\geq$ 1 nm的最宽S-SWCNTs的最低激子结合能为0.3- 0.4 eV。
Easy Access to Bright Oxygen Defects in Biocompatible Single-Walled Carbon Nanotubes via a Fenton-Like Reaction
本文提出一种基于类Fenton反应、无需光照的温和方法，在单壁碳纳米管中高效引入高亮度氧缺陷，显著提升NIR-II荧光性能并适用于体内成像与多巴胺传感。
The functionalization of semiconducting single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) with luminescent sp$^{3}$ defects creates red-shifted emission features in the near-infrared and boosts their photoluminescence quantum yields (PLQYs). While multiple synthetic routes for the selective introduction of sp$^{3}$ defects have been developed, a convenient metric to precisely quantify the number of defects on a SWCNT lattice is not available. Here, we present a direct and simple quantification protocol based on a linear correlation of the integrated Raman D/G$^{+}$ signal ratios and defect densities as ex…
The controlled functionalization of single-walled carbon nanotubes with luminescent sp3-defects has created the potential to employ them as quantum-light sources in the near-infrared. For that, it is crucial to control their spectral diversity. The emission wavelength is determined by the binding configuration of the defects rather than the molecular structure of the attached groups. However, current functionalization methods produce a variety of binding configurations and thus emission wavelengths. We introduce a simple reaction protocol for the creation of only one type of luminescent defect…
Polar Express: Rapid Functionalization of Single-Walled Carbon Nanotubes in High Dipole Moment Media
本研究揭示了溶剂和分散剂对单壁碳纳米管共价修饰动力学与进程的影响，通过极性溶剂实现对其光学性质的高度控制，并成功应用于胆固醇的光学检测。
Luminescence Properties of Individual Empty and Water-filled Single-Walled Carbon Nanotubes
利用系综和单分子荧光光谱研究了水填充对单壁碳纳米管光致发光特性的影响。红移的PL和PL激发光谱观察到水填充后的16个手性，可以用来明确区分空的单壁碳纳米管填充的。水填充的光学跃迁的效果是很好地再现了连续介质介电常数模型先前开发的纳米管外部环境的影响。空纳米管显示较窄的发光线和较低的不均匀加宽，减少外来扰动的签名。在小直径空心管的光致发光谱中观察到了明显的径向呼吸模式（RBM）声子边带，并测量到了这种振动的强激子-声子耦合。双指数PL衰减观察到空管和水填充管，只有短的生活组件的影响，水填充。这可能是由于内部介电环境缩短了亮态的辐射寿命。
Electrically driven thermal light emission from individual single-walled carbon nanotubes
纳米结构的发光表现出丰富的量子效应，具有广泛的应用前景。单壁碳纳米管（SWNT）是一维（1D）金属或半导体，其中在较窄的能量范围内存在大量电子态，称为范霍夫奇异性，可以导致强烈的光谱跃迁。在半导体单壁碳纳米管中已经观察到涉及带间跃迁和激子的光致发光和电致发光，但由于非辐射弛豫，预计在金属管中不会观察到。在这里，我们表明，在负微分电导制度，一个悬浮的准金属单壁碳纳米管（QM-SWNT）发射光由于焦耳加热，显示强峰在可见光和红外对应的带间跃迁。这是一维热发光的结果，与在大束单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中观察到的无特征黑体状发射形成鲜明对比。这允许在焦耳加热的QM-SWNT的电子温度和非平衡热光学声子的探测。
Solution-processed networks of semiconducting, single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) have attracted considerable attention as materials for next-generation electronic devices and circuits. However, the impact of the SWCNT network composition on charge transport on a microscopic level remains an open and complex question. Here, we use charge-modulated absorption and photoluminescence spectroscopy to probe exclusively the mobile charge carriers in monochiral (6,5) and mixed SWCNT network field-effect transistors. Ground state bleaching and charge-induced trion absorption features, as well as e…
Programing optical properties of single-walled carbon nanotubes with benzoyl peroxide derivatives of tailored chemical characteristics
本研究通过合成具有不同电子和空间性质的过氧化苯甲酰衍生物，调控单壁碳纳米管的发光缺陷密度和发射波长，揭示了缺电子反应物修饰获得最佳光学特性的原因。
The spectral and spatiotemporal dynamics of photoluminescence in monolayers of transition metal dichalcogenide WSe$_2$ obtained by mechanical exfoliation on a Si/SiO$_2$ substrate is studied over a wide range of temperatures and excitation powers. It is shown that the dynamics is nonexponential and, for times $t$ exceeding $\sim$50 ps after the excitation pulse, is described by a dependence of the form $1/(t+t_0)$. Photoluminescence decay is accelerated with a decrease in temperature, as well as with a decrease in the energy of emitting states. It is shown that the observed dynamics cannot be …
Magneto-spectroscopy of Highly-Aligned Carbon Nanotubes: Identifying the Role of Threading Magnetic Flux
我们在低温（1.5 K）和高达55 T的强磁场（$\textbf{\textit{B}}$）下，通过光学光谱研究了高取向单壁碳纳米管（SWCNTs）中的激子.拉伸SWCNT/聚丙烯酸膜，得到沿拉伸方向高度排列的SWCNT（$\hat{n}$）。利用两个定义良好的测量几何形状，$\hat{n}\parallel\textbf{\textit{B}}$和$\hat{n}\perp\textbf{\textit{B}}$，我们提供明确的证据表明，光致发光的能量和强度只对平行于管轴的$\textbf{\textit{B}}$分量敏感。一维磁激子的理论模型，基于交换分裂的“亮”和“暗”激子带与Aharonov-Bohm相位相关的能量，质量和振子强度，成功地再现了我们的观察，并允许确定两个带之间的分裂为$\sim4.8$毫电子伏（6，5）单壁碳纳米管。
The photon upconversion based on sensitized triplet-triplet annihilation (sTTA-UC) is a spin-flip mechanism exploited to recover the energy of dark triplet states in conjugated systems. In this process a high-energy fluorescent singlet is created through the collision and fusion of two low-energy triplets belonging to different diffusing molecules. Its excellent yield in solution under low excitation intensity and non-coherent light highlighted the huge potential of sTTA-UC to provide a breakthrough in solar technologies. However, its diffusion-limited bi-molecular nature limits its efficiency…
Photoluminescence Saturation and Exciton Decay Dynamics in Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
利用光致发光（PL）和瞬态反射光谱研究了过渡金属双硫族化合物（TMD）中的激子动力学。PL饱和在单层MoSe 2中发生的激发强度比在单层MoS 2中低两个数量级以上。瞬态反射表明，非线性激子-激子湮灭是占主导地位的激子衰减过程中的单层MoSe 2在以前报道的线性激子衰减单层MoS 2。此外，MoSe 2中的激子寿命> 125 ps，比MoS 2中的几ps激子寿命长一个数量级以上。我们发现MoSe_2和MoS_2单分子膜激子衰减机制和PL饱和行为的显著不同可以用激子寿命的差异来解释。
Ultrafast Optical Spectroscopy of Micelle-Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes
我们目前的结果依赖于波长的超快泵浦探测实验胶束悬浮单壁碳纳米管。样品的线性吸收光谱和光致发光光谱显示出许多手性相关的峰，因此，泵浦-探测结果敏感地依赖于波长。在对应于第二范霍夫奇点（VHS）的波长范围内，我们观察到亚皮秒衰变，如在以前的泵浦探测研究中所看到的。我们将这些超快衰减归因于带内载流子弛豫。另一方面，在对应于第一VHS的波长范围内，我们观察到两个不同的制度在超快载流子弛豫：快（0.3-1.2 ps）和慢（5-20 ps）。慢分量，这是以前没有观察到的，共振增强时，泵浦光子能量共振带间吸收峰，我们把它归因于辐射载流子复合。最后，慢分量取决于溶液的pH，这表明纳米管周围的H $^+$离子发挥了重要作用。
Tuning Electroluminescence from Functionalized SWCNT Networks further into the Near-Infrared
本文通过调控单壁碳纳米管中sp³缺陷的结合构型与光学陷阱深度，将(6,5)和(7,5)纳米管的发射调谐至电信O波段，并在双极性发光场效应晶体管中实现了窄带近红外电致发光。
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