Efficient implementation of a van der Waals density functional: Application to double-wall carbon nanotubes
我们提出了一个有效的实现的范德华密度泛函的Dion等人[物理。92，246401（2004）]，其将非局部相关能量表示为双空间积分。我们因式分解的积分内核，并使用快速傅立叶变换来评估自洽势，总能量和原子力，在N log（N）操作。由此产生的开销在总的计算成本，在半局部泛函，是非常温和的中型和大型系统。我们应用该方法计算了双壁碳纳米管的结合能以及相对平移和转动的势垒。
2008-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Nanotube-based one-dimensional heterostructures coupled by van der Waals forces
基于碳纳米管模板的一维（1D）范德华异质结构引起了人们的极大兴奋，因为它可以通过将分子限制在其中空核心内或通过在纳米管外部添加层来创造新的光学和电子特性。与它们的2D类似物相比，其中构成层的层数、原子类型和相对取向是定义物理性质的主要参数，1D异质结构提供了额外的自由度，即它们的特定直径和手性结构，用于设计它们的特性。这篇评论讨论了目前最先进的合成一维异质结构，特别是专注于其产生的光学性能，并详细介绍了巨大的参数空间，可用于设计异质结构与定制的属性，可以集成到各种各样的应用。综述从描述范德华耦合对最简单和研究最多的一维异质结构，即双壁碳纳米管的性质的影响开始，然后考虑从内部和外部构建的异质结构，它们都使用纳米管作为模板，最后，对这一研究领域的未来进行了展望。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Intertube excitonic coupling in nanotube van der Waals heterostructures
激子在原子级薄的过渡金属二硫属化物和2D范德华异质结构的光学中占主导地位。层间2D激子（其中电子和空穴驻留在不同层中）经由直接电荷转移或经由在层之间交换能量的库仑相互作用在异质结构中快速形成。在这里，我们报告了突出的管间激子效应在准一维范德华异质结组成的C/BN/MoS $_2$核/壳/皮纳米管。值得注意的是，在半导体CNT中激子的脉冲红外激发下，我们观察到在可见光范围内从MoS $_2$皮肤的快速（亚皮秒）激子响应，我们将其归因于相干制度中偶极-偶极库仑相互作用介导的管间双激子。在较长的（$>100$ ps）时间尺度上，从CNT核到MoS $_2$表层的空穴转移进一步改变了MoS $_2$的吸收.我们的直接演示管间激子相互作用和电荷转移在一维范德华异质结表明未来的应用在红外和可见光电子学使用这些径向异质结。
2021-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals interaction between microparticle and uniaxial crystal with application to hydrogen atoms and multiwall carbon nanotubes
本文将van der Waals力的Lifshitz理论推广到原子（分子）与单轴晶体的平面、各向同性材料或单轴晶体构成的长圆柱或圆柱壳相互作用的情形。对于半空间或单轴晶体平板附近的微粒，给出了范德瓦尔斯和Casimir-Polder相互作用自由能的精确表达式。得到了微粒-圆柱相互作用自由能的近似表达式，当微粒-圆柱间距远小于圆柱半径时，该表达式变得精确。用所得的表达式研究了氢原子（分子）与石墨板或多壁碳纳米管之间的范德华相互作用。为了实现这一点，石墨介电常数沿虚频轴的行为被发现使用的普通和非常射线的石墨的复折射率的光学数据。结果表明，氢原子在多壁碳纳米管内部的位置比在外部的位置具有能量优势。
2005-03-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Bucky-Corn: Van der Waals Composite of Carbon Nanotube Coated by Fullerenes
单壁碳纳米管（SWCNT）表面能否覆盖一层C60，形成一个只有VdW相互作用的外配体纯碳杂化体？本文解决了这个问题，并证明了富勒烯壳层在这样的巴克玉米结构可以是稳定的。本文对单壁碳纳米管上的C60和C70分子、单壁碳纳米管上的C60二聚体以及单壁碳纳米管束上的C60分子的结构、稳定性和电子性质进行了理论研究。用分子动力学方法计算了巴基玉米的几何构型和总能量，用密度泛函理论方法模拟了电子能带结构.
2015-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Janus MoSSe nanotubes on one-dimensional SWCNT-BNNT van der Waals heterostructures
本研究基于 SWCNT-BNNT 异质结构合成了 MoS2 纳米管，并在室温下借助 H2 等离子体制备出 Janus MoSSe 纳米管，为探索 Janus TMDC 纳米管的新性质提供了可能。
2024-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Raman Response and Transport Properties of One-Dimensional van der Waals Tellurium Nanowires
碲可以形成螺旋原子链的纳米线。由于其独特的一维范德华结构，这些纳米线预计将显示出显着不同的物理和电子性能比散装碲。在这里，我们表明，少链和单链范德华碲纳米线可以使用碳纳米管和氮化硼纳米管封装隔离。利用这种方法，可以通过纳米管的内径来控制原子链的数量。结构的拉曼响应表明，单原子碲链和碳纳米管之间的相互作用是弱的，并且链间相互作用随着链的数目的增加而变得更强。与SiO2上裸露的碲纳米线相比，封装在氮化硼纳米管中的纳米线表现出显著增强的载流能力，电流密度为1.5*10^8 A cm-2，超过了大多数半导体纳米线。我们还使用封装在氮化硼纳米管中的碲纳米线来制造直径仅为2 nm的场效应晶体管。
2020-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional van der Waals heterostructures
材料的设计性能是材料合成中一个很有吸引力的概念，但在实际中很难实现。最近一个成功的例子是范德华（vdW）异质结构的演示，1-3其中原子层相互堆叠，不同的成分可以超越对称性和晶格匹配进行组合。这个概念，通常被描述为纳米级乐高积木，允许逐层构建复杂的结构。然而，这种概念迄今为止仅限于二维（2D）材料。在这里，我们展示了一类新材料，其中不同的层同轴（而不是平面）堆叠。由于这种结构是一维的，我们称之为“一维vdW异质结构”。我们展示了一个5 nm直径的纳米管由三种不同的材料组成：内部导电碳纳米管（CNT），中间绝缘六方氮化硼纳米管（BNNT）和外部半导体二硫化钼纳米管。由于该技术高度适用于当前2D库中的其他材料，4-6我们预计我们的策略将成为发现一类新的半导体纳米管材料的起点。碳纳米管、BNNT和半导体纳米管的结合将产生大量的功能可设计的一维异质结构。
2018-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Effect of van der Waals forces on the stacking of coronenes encapsulated in a single-wall carbon nanotube and many-body excitation spectrum
我们研究了单壁碳纳米管中C24H12晕苯的几何构型、稳定性、电子结构和光学性质。通过充分结合先进的电子结构技术，包括弱相互作用和范德华相互作用，以及建立电子性质和激发的多体效应，我们准确地表征了这种混合碳纳米结构，它是光电纳米器件的一个有前途的候选者。特别是，我们表明，在纳米管内的堆叠晕苯的结构的特征在于通过范德华相互作用，这是至关重要的，在这些系统中的每个晕苯相对于其邻居的旋转。我们还建议尝试修改系统，以便在实验中观察到这种特殊的旋转。所涉及的系统的计算的多体激发光谱之间的比较揭示了一个显着的光学红移相对于晕苯堆积气相。这种红移的起源解释的限制的晕苯分子内的纳米管，显示出良好的协议与现有的实验证据。
2012-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanotube bundles and tube-tube orientation: A van der Waals Density Functional Study
研究了具有相同手性的单壁碳纳米管束的结合能、管间距和电子结构。我们用范德华密度泛函理论模拟了各种纳米管的结构（手性）和取向。如果管的手性与三角形束结构共享对称性，则束中的管的取向强烈地影响束的性质，这意味着具有$60^\circ$ -旋转对称性（C $_6$ -轴）的手性，例如（$12,0$）束。管束结构破坏了对称性，这取决于相邻管的布置。电子态密度和管间距离（$\pm5$ ~ 10%）中的赝能隙开口随束中管的相对取向而变化。C $_6$轴扶手椅管束具有金属配置。从（$6,6$）束的高对称构型（AA-堆叠）旋转的$15^\circ$显示出金属行为，并且具有比高对称构型更高的结合能。我们发现结合能之间的$19 meV/atom$和$35 meV/atom$，取决于管的手性。管间距在$3.2 Å$和$3.4 Å$之间，但与非C $_6$轴管的方向无关。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic emission in van-der-Waals nanotubes of transition metal dichalcogenides
过渡金属二硫属化物（TMD）的纳米管（NT），如MoS 2和WS 2，在四分之一个多世纪前首次合成;然而，它们的许多性质迄今为止基本上仍然未知。本文综述了TMD纳米管光学特性的研究现状。我们首先评估了多层TMD晶体的一般性质，并分析了相关NTs的电子能带结构和光学性质的可用数据。然后介绍了TMD纳米管的制备技术和结构特点，重点介绍了化学传输反应合成的TMD纳米管结构。本工作的核心是呈现TMD NTs发射明亮的光致发光（PL）的能力，这是最近发现的。通过微PL光谱的个别管，我们表明，激子跃迁相关的直接和间接的带隙有助于发射光谱的NT，尽管存在几十个单层在其墙壁。我们强调的性能管作为高效的光学谐振腔，其限制的光学模式强烈影响的发射频带。最后，一个简短的结论，随着未来的研究展望，这个新的成员家庭的辐射NTs，这具有独特的潜力，不同的纳米光子学应用。
2018-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Curvature-Controlled Band Alignment Transitions in 1D van der Waals Heterostructures
本文通过第一性原理计算揭示了一维TMDC纳米管范德华异质结构中曲率、管径和管间耦合对能带对齐的调控机制，发现小直径下VBM轨道特性转变及挠曲电压效应可导致Type II到Type I能带对齐转变，为异质结构设计奠定基础。
2022-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal Expansion and Diffusion Coefficients of Carbon Nanotube-Polymer Composites
采用经典的分子动力学（MD）方法模拟了碳纳米管-聚乙烯复合材料的热膨胀和扩散特性。添加到聚合物基体中的碳纳米管被发现增加玻璃化转变温度Tg，和热膨胀和扩散系数的复合材料中的Tg以上。这些发现可能对CNT复合材料加工、涂层和油漆应用产生影响。
2002-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Metallic NbS2 one-dimensional van der Waals heterostructures
本文通过改良的 NaCl 辅助化学气相沉积和远程盐策略，在 SWCNT-BNNT 模板上实现了金属性 NbS2 一维范德华异质结构的可控生长，并结合实验表征与 DFT 计算揭示了其双层偏好及稳定机制，为光电子和纳米器件应用奠定了基础。
2025-07-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Asymptotics of the dispersion interaction: analytic benchmarks for van der Waals energy functionals
我们表明，通常的总和$R^{-6}$的贡献，从元素分开的距离$R$可以给\emph{qualitatively}错误的结果，电磁非延迟范德华相互作用之间的非重叠机构。这发生在具有零电子能隙的各向异性纳米结构，例如纳米线、导电纳米管和包括金属和石墨烯平面的纳米层状系统。在所有这些情况下，我们的分析微观计算给出了一个相互作用，其分离力与常规值不同。我们讨论范德瓦尔斯能量泛函的影响。新的纳米管相互作用可能是直接测量亚微米的分离。
2006-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Magnetic single wall CrI3 nanotubes encapsulated within multiwall Carbon Nanotubes
本研究合成了封装在多壁碳纳米管内的单壁 CrI3 纳米管，构建了一维范德华异质结构，并证实其具有径向磁化态，为探索管状几何中磁各向异性与曲率相互作用产生的非共线磁态提供了新平台。
2025-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simulations of composite carbon films with nanotube inclusions
我们研究了含纳米管的复合碳膜的界面结构、稳定性和弹性性能。我们的蒙特卡罗模拟表明，范德华力在形成界面几何形状，产生弯曲的石墨壁周围的管中起着至关重要的作用。最稳定的结构被预测为具有中等密度，高各向异性，和增加的弹性模量相比，纯无定形碳膜。
2005-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-Induced Interlinking of Carbon Nanotubes
我们预测新形式的碳组成的一维和二维网络互连的单壁碳纳米管，其中一些是积极更稳定的比范德华包装的纳米管的六方晶格。这些相互连接的纳米管进一步转化与更高的外部压力施加到更密集和复杂的稳定结构，其中曲率诱导碳sp $^{3}$再杂交形成。我们还讨论了纳米管之间的键形成的能量和这些预测的新结构的电子性质。
2000-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Double-walled carbon nanotubes as hundred gigahertz oscillators
基于范德华相互作用，解析地得到了无限长单壁碳纳米管中有限长单壁碳纳米管的周期非线性势。结果表明，内层单壁碳纳米管可以在外层单壁碳纳米管中振荡，振荡频率超过10GHz，甚至高达100GHz。
2003-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanotube field of C60 molecules in carbon nanotubes: atomistic versus continuous tube approach
本文计算了碳60分子在具有离散原子结构的单壁碳纳米管中的范德华能。考虑了分子的取向自由度和纵向位移，并考虑了几种非手性和手性碳纳米管。与早期的工作，其中管近似由连续的圆柱形分布的碳原子的比较。我们发现，这样的近似是有效的高和中间管半径，低管半径，轻微的手征性效应发挥作用。三个分子取向制度时，发现不同的纳米管半径。
2006-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Axial Stiffness of Multiwalled Carbon Nanotubes
MWCNT的轴向刚度被证明仅由几个外壳（对于极大的纳米管和高伸长率，通常为3-5个，最多为15个）决定，这与实验观察到的半径和杨氏模量之间的反比关系（即，刚度）。这个结果是范德华壳层间相互作用的结果。得到了多壁碳纳米管的实际轴向刚度随管外径和伸长率变化的插值公式。
2011-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Can hydrogen be stored inside carbon nanotubes under pressure in gigapascal range?
采用新拟合的多参数势描述碳与氢分子之间的范德华相互作用，研究了在吉帕斯卡压力范围内碳纳米管（CNT's）的储氢行为.与石墨的结果相比，我们发现纳米管的形状变化（曲率效应）提供了不同的储氢机制。CNT内部的氢储存的负自由能变化使得可以使用CNT作为纳米容器[Carbon 45，315（2007）]。
2007-07-09 cond-mat.mtrl-sci
A theoretical study of the hydrogen-storage potential of (H_2)_4CH_4 in metal organic framework materials and carbon nanotubes
甲烷-氢化合物（H_2）_4CH_4--或简称H4 M--是最有前途的贮氢材料之一。这种范德华化合物的分子氢含量非常丰富：33.3质量%，不包括CH_4中结合的氢;包括它，我们甚至达到50.2质量%。不幸的是，H4 M在环境压力和温度下不稳定，需要低温或高压。在本文中，我们调查的性质和结构的分子和晶体形式的H4 M，使用从头计算方法的基础上的范德瓦尔斯密度泛函（vdW-DF）。我们进一步研究了通过外部试剂（如金属有机框架（MOF）材料和碳纳米管）产生稳定H4 M所需压力的可能性，结果非常令人鼓舞。特别是，我们发现某些MOFs可以在它们的空腔中为H4 M产生相当大的压力，但不足以在室温下稳定它，适度的冷却仍然是必要的。另一方面，我们发现所有研究的碳纳米管都可以产生H4 M在室温下稳定所需的高压，这对新的和令人兴奋的储氢应用有直接的影响。
2012-07-10 cond-mat.mtrl-sci
Negative Friction and Reversible Energy Exchange Between Orderly Motion and Phonons in Carbon Nanotube Oscillator
研究了300 ~ 500 K温度范围内两个同轴碳纳米管孤立系管间有序轴向运动和振动模式之间的能量交换。研究发现，管间轴向运动所消耗的多余的范德华能量主要存储在振荡器的低频机械模式中，并且这种能量交换是可逆的。首次报道了同心圆柱形碳纳米管振子中的负摩擦这一新的纳米级摩擦学现象。
2004-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cobaltocene Encapsulation Into Single-walled Carbon Nanotubes: A Molecular Dynamics Investigation
最近（PRL 96，106804（2006））提出，包封到（7，7）碳纳米管（CNT@（7，7））中的二茂钴（CC）分子可以是新的自旋电子器件的基础。我们在这里表明，基于影响分子动力学和DFT计算，当动力学方面被明确认为是CC封装到CNT@（7，7）不会发生，它是由一个动态的障碍，主要是由于范德华相互作用。我们的研究结果表明，CNT@（13，0）具有足够的轴向空间用于封装，但没有足够的轴向空间允许二茂钴分子的自由旋转将是这种应用的可行候选者。
2007-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Electrical power dissipation in carbon nanotubes on single crystal quartz and amorphous SiO2
利用空间分辨拉曼光谱技术研究了半导体碳纳米管（CNTs）在单晶石英和非晶SiO2上的热耗散。尽管声子速度，热导率和范德华相互作用与碳纳米管的差异，平均而言，到单晶石英和无定形二氧化硅的散热被发现是相似的。经常观察到的大的温度梯度和局部热点强调了CNT温度分布的复杂性，并且可能是观察到的相似性的原因。
2011-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Force and energy dissipation variations in non-contact atomic force spectroscopy on composite carbon nanotube systems
在非接触式原子力显微镜的超高真空动态力和能量耗散光谱被用来探测特定的相互作用与单壁碳纳米管内封装无机化合物形成的复合系统。研究发现，在Ag@SWNT体系中，通过将Ag核与碳纳米管壳相结合，可以减小纳米尺度范德华力。这种特定的行为归因于一个显着不同的有效介电函数相比，个别成分，使用一个简单的核-壳光学模型进行评估。能量耗散测量结果表明，通过填充，耗散增加，这里通过C-C键的软化来解释，从而导致更可变形的纳米管笼。因此，填充和未填充的纳米管可以区分基于力和耗散测量。这些发现有两个不同的潜在应用的影响：调整有效的光学性质和调整分子吸收的相互作用力，通过适当选择填充相对于纳米管。
2005-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Hindered rotation of H2 adsorbed interstitially in nanotube bundles
对氢分子在碳纳米管束间隙通道中的旋转动力学进行了理论研究。在本研究中使用的潜在的原子（C-H）范德华相互作用和静电相互作用的分子与周围的纳米管的总和建模，使用的产品波函数，其中的平移和旋转模式之间的耦合处理的平均场的方式计算的旋转能谱。采用分子动力学（MD）模拟方法对氢转动势垒进行了估算.理论计算和模拟结果都揭示了一个大的旋转势垒（~ 40 meV）的存在。详细地计算了这种转动势垒对转动能级的影响。
2001-10-12 cond-mat.mtrl-sci
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。
2010-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Physisorption of molecular oxygen on single-wall carbon nanotube bundles and graphite
研究了单壁碳纳米管（SWNT）和高取向热解石墨（HOPG）样品的氧吸附和脱附动力学。单壁碳纳米管样品的热脱附光谱显示了一个广泛的脱附功能，峰值在62 K，这是转移到显着更高的温度比低覆盖率的HOPG脱附功能。低覆盖度O2在SWNT束上的结合能为18.5 kJ/mol，比在HOPG上吸附的结合能12.0 kJ/mol高55%。结合分子力学计算，我们表明，所观察到的两个系统的结合能可以归因于范德华相互作用，即物理吸附。实验没有提供更强的结合化学吸附物种或解离氧吸附的证据。
2002-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Raman Spectroscopic Investigation of H2, HD, and D2 Physisorption on Ropes of Single-Walled, Carbon Nanotubes
在85 K和8atm的压力下，我们观察到了单壁碳纳米管（SWNT）上吸附的H_2、HD和D_2的S-和Q-分支拉曼光谱。还收集了H2在石墨和C60上的比较数据。对于每个吸附物，我们观察到一个小的位移的Q-分支频率相对于气相值。为了帮助解释这一结果，我们构建了一个H2-表面势，包括范德华力和静电项。基于这种潜力计算的位移与我们的数据吻合得很好。
2001-04-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Chirality-Selective Transport of Benzene Molecules on Carbon Nanotubes
利用分子动力学模拟，我们预测了手性对苯分子沿碳纳米管（CNTs）表面传导的影响，受到热梯度。在扶手椅型碳纳米管的情况下，分子的群漂移速度最大，并随着手性角的减小而减小。热扩散的这种手性效应是由分子的优化路径的变化引起的，该分子的优化路径随着界面处的不同电子重叠而变化。的热泳运输的机制被确定为耦合与梯度的吸附物-基板的相互作用能，这源于非谐性质的范德华势。
2020-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of Tip-Nanotube Interactions on Atomic Force Microscopy Imaging of Carbon Nanotubes
我们研究原子力显微镜（AFM）的提示和单个碳纳米管（CNT）支持SiO2之间的范德华（VDW）相互作用的效果。分子动力学（MD）模拟揭示了如何碳纳米管变形在AFM测量过程中，不考虑AFM针尖材料。单（双）壁CNT的表观高度可用于估计其直径高达~2 nm（~3 nm），但对于更大的直径，CNT横截面不再是圆形的。我们的模拟进行了比较，从AFM测量和共振拉曼光谱获得的CNT尺寸，具有良好的协议较小的CNT直径。在一般情况下，大直径碳纳米管的AFM测量必须小心解释，但该方法的可靠性得到改善，如果知识的数量的碳纳米管壁是available-able，或者如果额外的验证（例如，通过光学技术）可以获得。
2012-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effects of initial compression stress on wave propagation in carbon nanotubes
提出了一种研究初始压应力作用下波在单壁和双壁碳纳米管中传播的解析方法。在多层薄壳近似中处理纳米管结构，其中弹性性质被认为是石墨烯片的弹性性质。基于Flugge运动方程推导了控制方程。通过初始压应力和范德华力的影响，给出了单壁和双壁碳纳米管中波传播的频率方程。为了说明初始压应力对波在纳米管中传播的影响，可以基于现有的弹性连续介质模型来分析对称模式。结果表明，波速对压应力敏感，特别是在低频时。
2009-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The Effects of Substrate Phonon Mode Scattering on Transport in Carbon Nanotubes
碳纳米管（CNTs）由于声声子散射较弱，具有很大的载流子迁移率.然而，与二维金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）不同，衬底表面极性声子（SPP）散射对CNTFET迁移率具有显著影响，这是由于后者的垂直尺寸减小。我们发现，对于CNT和SiO $_2$衬底之间的范德华距离，在室温下的低场迁移率降低了几乎一个数量级取决于管直径。我们预测额外的实验签名的SPP机制依赖于密度，温度，管直径，和CNT -基板分离的流动性。
2008-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption properties and third sound propagation in superfluid $^4$He films on carbon nanotubes
研究了超流$^4$ He膜在碳纳米管上的吸附特性。吸附的一个主要因素是纳米管非常小的直径所产生的表面张力力。计算表明，即使当氦蒸汽增加到饱和压力时，表面张力也使管上的膜厚度保持很薄。由于圆柱形几何形状而减弱的范德华力也对此有贡献。这两种效应都起到降低沿着管的第三声传播的预测速度的作用。在直径约为1 nm的单壁纳米管上，似乎不可能出现超流性，因为即使在饱和时，膜厚度也小于3个原子层。然而，超流性在大直径纳米管束和多壁纳米管上是可能的。我们已经观察到第三个声音信号的平均直径为5纳米的纳米管束被喷涂到有机玻璃表面上，形成网络的管。
2008-10-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Electronic Transport Properties of Chemically Modified Double-Walled Carbon Nanotubes
研究了长度达到微米级的化学功能化金属双壁碳纳米管的量子输运性质。第一性原理计算的证据表明，对于由典型的石墨范德华键距离分开的同轴管，与sp $^3$型缺陷的外壁的化学改性会影响外管和内管的电子结构，这显著降低了DWNT的电荷传输能力。对于侧壁之间的较大间距，外壁的导电性随着官能团覆盖密度的增加而降低，而内管中的电荷传输相当于原始纳米管的电荷传输。此外，CCl $_2$化学连接到外部DWNT侧壁上几乎不影响双壁的共轭$π$ -网络，并且电荷传输保持在准弹道状态。这些结果表明，一个有效的路线，剪裁电子输运的DWNTs提供的内壳几何形状和功能基团进行了适当的选择。
2016-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Efficient Growth and Characterization of One Dimensional Transition Metal Tellurides Inside Carbon Nanotubes
原子薄的一维（1D）范德华线的过渡金属monochalocogenides（TdR）已被预期为集成纳米电子学的有前途的构建块。虽然在过去的几十年里，科学家们一直无法可靠地生产TMM纳米线，但我们最终展示了在碳纳米管（CNT）内自下而上制造MoTe纳米线的方法。尽管如此，目前的合成方法是基于反应性MoTe2的真空退火，并限制了对各种TdR的访问。在这里，我们报告了一个扩展的框架，高产率合成的一维碲化物，包括WTe，一个前所未有的家庭的碲。实验和理论分析表明，选择合适的金属氧化物作为前体提供了有用的产率为他们的表征。这些TMM纳米线在可见光区域表现出显著的光吸收。更重要的是，可以通过封装不同的TMM纳米线来调节CNT的电子性质。
2020-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulation of Thermal Boundary Conductance Between Carbon Nanotubes and SiO2
采用非平衡分子动力学模拟研究了碳纳米管与SiO2之间的热能耦合。发现每单位CNT长度的热边界电导（g）与范德华相互作用的强度（~X）成比例，与CNT直径（~D）成比例，并且作为温度的弱幂律（~T^1/3在200-600 K之间）。SiO2上单个CNT的热弛豫时间与直径无关，τ ~ 85 ps。对于室温下直径为1.7 nm的CNT，标准参数组g约为0.1 W/m/K。我们的研究结果是可比的，并解释了从直径，温度或表面相互作用强度的细节的变化的CNT-SiO2热耦合的实验值的范围。
2010-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Quantum Transport Properties of Substitutionally Doped Double-Walled Carbon Nanotubes
采用第一性原理研究了氮、硼掺杂双壁碳纳米管的电子输运和量子输运性质。发现由典型的石墨范德华键距分离的同心纳米管侧壁在六方网络中掺入掺杂原子后强烈相互作用。由掺杂原子引起的局部扰动扩展到两个壳层，由于它们的电子状态的杂交，与两个独立的单壁纳米管相比，产生的背散射效率降低。微米长的双壁碳纳米管的输运性质的研究的多尺度方法允许证明，从弹道的本地化制度的过渡可以发生依赖于掺杂的类型和载流子的能量。这些结果揭示了量子机制，其中B和N掺杂是一种有效的方法来创建金属同心碳纳米管的迁移率间隙。
2016-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Peculiarities of low-frequency vibrational dynamics and low-temperature heat capacity of double-walled carbon nanotubes
建立了双壁碳纳米管（DWCNT）低频动力学的连续模型。在该方法的框架中，考虑了从相应的单壁碳纳米管（SWCNT）的低频声子谱形成DWCNT低频声子谱。研究了环境对单个DWCNT声子谱的影响。提出了一种基于拉曼光谱数据和石墨弹性模量已知值的范德华层间耦合系数的联合估算方法。还计算了DWCNT的低温比热。在模型的适用性区域（在低于35 K的温度下）DWCNT的比热被证明是显着低于相应的个别单壁单壁碳纳米管的比热总和。这种效应主要是由层间耦合而不是DWCNT与环境的相互作用引起的。
2015-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dispersion Interaction of Atoms with Single-Walled Carbon Nanotubes described by the Dirac Model
利用石墨烯的Dirac模型计算了原子、分子与单壁碳纳米管之间的相互作用能和作用力。为此目的，Lifshitz型公式适用于圆柱形几何形状的情况下，与邻近力近似的帮助下使用。所得到的结果进行了比较与那些来自石墨烯的hydrodynic模型。对氢原子和氢分子进行了数值计算。结果表明，狄拉克模型导致较大的值的范德华力比流体动力学模型。对于氢分子，使用这两种模型计算的相互作用能和力大于氢原子。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nonuniversality of the dispersion interaction: analytic benchmarks for van der Waals energy functionals
我们强调色散力的渐近行为的非普适性，这样的逆六次方贡献的总和往往是不够的。我们通过紧束缚模型，在电磁非延迟随机相位近似下，分析评估了两个π共轭层之间的互相关能量Ec。对于两个完美的半金属石墨烯片在T= 0 K时，我们发现Ec = C D^{-3}，与目前公认的近似预测的“绝缘”D^{-4}依赖性相反。我们还处理的情况下，其中一个石墨烯层被替换为薄金属，一个模型相关的剥离石墨。我们的一般考虑也适用于纳米管，纳米线和层状金属。
2005-02-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermal Dissipation and Variability in Electrical Breakdown of Carbon Nanotube Devices
我们研究了SiO2衬底上碳纳米管（CNT）器件的高场电击穿和热耗散。通过分子动力学（MD）模拟揭示了由与衬底的范德华相互作用引起的CNT的热“足迹”。实验和建模发现CNT-基底热耦合比例与CNT直径成正比，与SiO2表面粗糙度（~d/Δ）成反比。扩散失配模型（DMM）和数据的比较揭示了对于最大直径（3-4 nm）的CNT，在室温下每单位长度的热耦合的上限为~ 0.4W/K/m，在600 C下为~ 0.7W/K/m。我们还发现半导体碳纳米管可以过早地击穿，并显示更多的击穿可变性，由于阈值电压的动态变化，其中金属碳纳米管是免疫的，这对选择性电击穿在碳纳米管电子产品提出了根本性的挑战。
2010-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorbate vibrational modes enhancement of radiative heat transfer and van der Waals friction
我们研究了两个半无限固体之间的传热和范德华摩擦对物体介电性质的依赖关系。我们表明，传热和范德华摩擦在短的固体之间的分离可能会增加许多数量级时，表面被吸附物覆盖，或可以支持低频表面等离子体。在这种情况下，热传递和范德华摩擦由吸附物振动模式或表面等离子体激元模式之间的共振光子隧穿决定。当吸附层中存在平行于表面振动的声学分支时，如Cs在Cu（100）表面上吸附的情况，范德华摩擦的增强特别大。在这种情况下，我们表明，即使对于分离$d=10$ nm，吸附物引起的范德华摩擦可以是如此之大，它可以用目前最先进的设备进行测量。范德华摩擦的特征在于强距离依赖性（$\sim 1/d^6$），并且在小距离处，它可以比在\cite{Stipe}中观察到的\textit{the electrostatic}摩擦大得多。\vskip 0.3 cm \textit{Keywords}：非接触摩擦、范德华摩擦、辐射传热、原子力显微镜、吸附质振动模式
2006-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Local large temperature difference and ultra-wideband photothermoelectric response of the silver nanostructure film/carbon nanotube film heterostructure
光热电材料在许多领域有着重要的应用。在这里，我们通过范德华力将银纳米结构薄膜（AgNSF）和碳纳米管薄膜（CNTF）连接在一起，形成了AgNSF/CNTF异质结，该异质结显示出优异的光热和光电转换性能。当用紫外到太赫兹波长的激光照射异质结时，局域温差和输出光电压迅速增加。局部温差的最大值达到205.9K，明显高于文献报道的其他光电材料。其光热响应率和光电响应率与激光波长有关，分别为175-601 K/W和9.35-40.4 mV/W。结果表明，局域表面等离子体增强了碳纳米管的光吸收，而输出光电压主要由塞贝克效应控制。AgNSF/CNTF异质结构可用作高效灵敏光热材料或超宽带快速响应光电材料。
2021-10-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Colossal Atomic Force Response in van der Waals Materials Arising From Electronic Correlations
理解不同长度尺度下复杂材料中的静态和动态现象需要可靠地解释范德华（vdW）相互作用，这源于远程电子相关性。虽然多体vdW相互作用在材料稳定性方面的重要作用已被广泛记录，但对vdW相互作用和原子力之间的耦合知之甚少。在这里，我们分析了一个单一的和两个vdw耦合的原子链的海森力响应矩阵显示，vdW相互作用的多体描述产生的原子力响应幅度超过预期的成对衰减3-5个数量级的扰动和观察到的原子之间的分离范围很广。石墨烯和碳纳米管也证实了类似的发现。这种巨大的力增强暗示了声子谱、自由能、界面粘附和具有许多相互作用原子的材料中的集体动力学的影响。
2021-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fully Atomistic Molecular Dynamics Investigation of the Simplest Model of Dry-Draw Fabrication of Carbon Nanotube Fibers
本文通过全原子分子动力学模拟证明仅靠范德华力横向相互作用的CNT束无法实现干法拉制制备CNT纤维，并揭示了相邻CNT束连接的关键条件及其导致模型失败的原因。
2023-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Clocking the anisotropic lattice dynamics of multi-walled carbon nanotubes by four-dimensional ultrafast transmission electron microscopy
四维超快透射电子显微镜（4D-UTEM）的最新进展使得在原子水平上直接可视化材料的结构动力学成为可能。在这里，我们报告我们的发展上的4D-UTEM，可以正常操作的光电发射或电子模式。我们证明了它的能力，以获得序列的快照具有高的空间和时间分辨率的多壁碳纳米管（MWCNTs）的晶格动力学的研究。这项研究提供了一个原子水平上的描述显着的各向异性晶格动力学在皮秒的时间尺度。此外，我们的UTEM测量清楚地表明，可区分的晶格弛豫出现在几皮秒的超快时间尺度上的管内片，然后沿径向的明显的晶格膨胀。多壁碳纳米管中的这些各向异性行为被认为是由多种化学键合引起的，即管状平面之间的弱范德华键合和管状片材中的强共价sp2杂化键合。
2014-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Understanding bond formation and its impact on the capacitive properties of SiW12 polyoxometalates adsorbed on functionalized Carbon Nanotubes
在过去的十年中，已经在用于能量存储装置的电化学系统中进行了大量的实验水平的研究。然而，理论方法是非常可取的，以了解引起能量存储现象的物理化学性质。这项工作旨在提供对新型纳米复合材料的$in$ $silico$设计的见解，所述新型纳米复合材料由锚定到有机官能团$φ-X$（具有$X = -NH2, -OH, -COH$和$-COOH$）的Keggin聚氧乙烯酸酯SiW 12形成，连接到碳纳米管。在这些系统中，费米能级周围的态密度增强，从而赋予复合材料容易的电子输运能力，这在能量存储装置中进行的充电/放电循环中可能是决定性的。电荷转移在复合材料的研究是最大的$φ-COOH$官能团，产生的吸引力与SiW 12簇的数量级相同的共价性质。其余的官能团诱导静电型的非共价相互作用，由范德华吸引力介导。我们提出的方法可以代表一种工具，以开发新的电极材料，可以提高性能的能量存储设备，如超级电容器或锂$-$离子电池。
2017-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Strain rate effects in the mechanical response of polymer anchored carbon nanotube foams
据报道，超可压缩泡沫状碳纳米管膜在压缩时表现出类似于软组织的高度非线性粘弹性行为。其重量轻和卓越的电，热和机械性能的独特组合有助于将其确定为更复杂的纳米系统的可行构建模块和各种不同应用的独立结构。在生长状态下，它们的机械性能受到由范德华力控制的管与基底之间的弱粘附力的限制，使得森林容易分裂并具有低的剪切阻力。在轴向压缩载荷下，碳纳米管表现出弯曲、屈曲8和弯曲9（或以上的组合），这取决于载荷条件和载荷循环次数。在这项工作中，我们部分锚定致密的垂直排列的泡沫状森林的碳纳米管上的薄，灵活的聚合物层，以提供结构稳定性，并报告这种系统的机械响应作为应变率的函数。我们测试样品下的准静态压痕载荷和冲击载荷下，并报告一个变量的非线性响应和不同的弹性恢复与不同的应变率。在非常低的应变率下观察到Bauschinger效应，而在非常高的应变率下报告了屈曲和在管结构中形成永久性缺陷。使用高分辨率透射显微镜
2008-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
One-dimensional van der Waals Heterostructures: Growth Mechanism and Handedness Correlation Revealed by Non-destructive TEM
在本论文中，我们对化学气相沉积法（CVD）合成的一维范德华异质结的结构细节和形成机理进行了跟踪和全面的研究。利用透射电子显微镜（TEM）可以清楚地观察到晶体的边缘结构、成核位置和晶体外延关系。这是通过在CVD兼容的Si/SiO2 TEM网格上直接合成heteronantubes来实现的，这使得能够无转移和非破坏性地访问许多固有的结构细节。特别是，我们已经区分了不同形状的氮化硼纳米管（BNNT）的边缘，这是确认，通过电子衍射在同一位置，严格关联到自己的手性角和极性。我们还证明了表面清洁和隔离的重要性，形成完美的一维异质结构。此外，我们阐明了单壁碳纳米管模板和BNNT晶体之间的手性相关性。这项工作不仅提供了对这种新的1D异质结构材料组的深入了解，而且从更一般的角度来看，作为对高度弯曲（几个nm的半径）原子衬底上晶体生长的有趣研究。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Do 1-dimensional metals prefer to form even-numbered van der Waals clusters ?
本文通过非微扰范德华能量分析，以6条一维金属股为例证明其更倾向于形成奇数条束而非偶数条束，从而否定了此前基于微扰分析提出的偶数条偏好猜想。
2025-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Are we van der Waals ready?
我们应用一系列的密度泛函理论为基础的方法能够描述范德华相互作用弱键合层状固体，以调查其扩展系统的准确性。研究的方法有局域密度近似、半经验力场、非局域范德华密度泛函和随机相位近似。我们调查的平衡几何形状，弹性常数和结合能的一个大的和不同的一组化合物，并得出结论的可靠性不同的方法。研究还指出了非局域van der Waals密度泛函进一步发展的方向。
2012-06-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.chem-ph
