Bandgap opening in metallic carbon nanotubes due to silicon impurities
控制碳纳米结构的带隙是碳基纳米电子器件发展和主流应用的关键。采用密度泛函理论计算了硅杂质对碳纳米管电子性质的影响。我们已经发现，即使当硅原子的线密度足够低，它们不创建键合的吸附原子链时，硅吸附原子在本质上金属的CNT中打开带隙。金属碳纳米管中打开的带隙范围在0.10 eV至0.47 eV之间，具体取决于吸附位点、Si吸附原子的线密度和碳纳米管的手性。
2010-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Zener Tunneling in Semiconducting Nanotube and Graphene Nanoribbon p-n Junctions
提出了半导体碳纳米管和石墨烯纳米管pn结二极管的带间隧穿理论。特征长度和能量尺度，决定隧穿概率和电流进行评估。通过比较这些结构与传统的IV族和III-V族半导体中的齐纳隧穿过程，证明了对于相同的带隙，碳基一维结构具有更高的隧穿概率。一维碳结构的高隧穿电流幅度表明了高性能隧穿场效应晶体管的独特可行性。
2008-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Elucidation of the electronic structure of semiconducting single-walled carbon nanotubes by electroabsorption spectroscopy
我们报告半导体单壁碳纳米管的电吸收的基准计算，以提供动力的实验人员对这些系统进行电吸收测量。我们表明，电吸收可以检测到连续带在不同的能量流形，即使其他非线性吸收测量未能检测到它们。因此，直接测定较高流形中激子的结合能成为可能。我们还发现，电吸收可以提供第二激子和最低连续带态之间的Fano型耦合的证据。
2007-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Quantitative calculations of the excitonic energy spectra of semiconducting single-walled carbon nanotubes within a $π$-electron model
利用适合于$π$共轭聚合物（PCPs）的库仑相关参数和通过拟合三个锯齿形半导体单壁碳纳米管（S-SWCNT）的能谱而得到的最近邻跳跃积分，我们能够定量地确定29个S-SWCNT的激子能量和激子结合能，该半经验$π$电子哈密顿量已被广泛用于PCPs。我们的工作确立了PCP和S-SWCNT之间存在深刻和根本的关系。
2006-06-02 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
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
Mobility in semiconducting carbon nanotubes at finite carrier density
碳纳米管场效应晶体管在由栅极电压控制的宽范围的电子或空穴密度上操作。在这里，我们计算的迁移率在半导体纳米管作为载流子密度和电场的函数，对于不同的管径和温度。低场迁移率是载流子密度的非单调函数，并且在室温下变化多达4倍。在低密度下，随着电场的增加，漂移速度达到最大值，然后表现出负的微分迁移率，由于带结构的非抛物线性。在临界密度$ρ_c\sim$为0.35-0.5电子/nm时，漂移速度在费米速度的约三分之一处饱和。在$ρ_c$以上，速度随场强增加而增加，没有明显的饱和。
2005-10-24 cond-mat.mtrl-sci
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。
2008-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Deformation Potential Carrier-Phonon Scattering in Semiconducting Carbon Nanotube Transistors
单壁碳纳米管中载流子输运的理论计算与最近的实验进行了比较。载流子声子散射占使用变形势近似。通过与实验的比较，确定了半导体碳纳米管的形变势耦合常数为14 eV。理论表明，密切预测的低场迁移率，电导，和场效应晶体管的电阻作为感应纳米管电荷密度，直径和温度的函数。结果表明，由于强的子带间散射，多个子带通道导通时器件电导降低。与实验的比较允许识别的平均自由程（Lm）在半导体碳纳米管。当器件开启时，发现Lm显著增加。当器件处于开启状态时，平均自由程（Lm-ON）与管直径成线性变化，与温度成反比。子带间散射被发现强烈降低Lm-ON时，几个子带被占用。在室温下考虑3个子带通道时，当考虑子带间散射时，对于4 nm直径的管，Lm-ON从570 nm减小到200 nm。由于子带间距随着管直径的减小而增加，因此对于较小的直径，子带间的影响减小。
2006-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Electron spin relaxation in semiconducting carbon nanotubes: the role of hyperfine interaction
基于与$^{13}$ C同位素的自旋I=1/2的无序核的超精细相互作用，发展了半导体碳纳米管中电子自旋弛豫理论.结果表明，强径向约束的电子增强了电子-核重叠，随后电子自旋弛豫（通过超精细相互作用）在碳纳米管。分析还揭示了一个不寻常的温度依赖性的纵向（自旋翻转）和横向（退相）的弛豫时间：随着温度的升高，作为一个结果的特殊性在一维结构中固有的电子态密度的松弛变得更弱。数值估计表明，这种弛豫机制相比，在散装金刚石类似的过程相对较高的效率。然而，预期的自旋弛豫时间的数量级为1秒的碳纳米管仍然比那些发现在传统的半导体结构长得多。
2006-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Nearly Exclusive Growth of Small Diameter Semiconducting Single-Wall Carbon Nanotubes from Organic Chemistry Synthetic End-Cap Molecules
单壁碳纳米管（SWCNTs）的制备一直是制约其广泛应用的主要障碍。近年来，人们对探索和合成包括富勒烯、短纳米管和纳米管侧壁在内的明确的碳纳米结构越来越感兴趣，旨在控制单壁碳纳米管的合成。这种方法的一个显著优点是不使用金属催化剂，并且所产生的纳米管将没有金属污染。然而，这些方法中的许多方法具有低产量或纳米管均匀性的可控性差的缺点。在这里，我们报告了一种全新的方法来实现高效率的无金属生长的近纯SWCNT半导体，广泛的光谱表征，电输运测量和密度泛函理论计算的支持。我们的策略结合了自下而上的有机化学合成与气相外延延伸。我们确定了在纳米管生长的单壁碳纳米管的电子性质和它们的直径之间的强相关性。本研究不仅为半导体单壁碳纳米管的电子应用提供了材料平台，而且有助于对单壁碳纳米管的生长机理和可控合成的基本理解。
2014-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Schottky barriers at metal-finite semiconducting carbon nanotube interfaces
利用自洽紧束缚理论研究了金属-半导体碳纳米管界面的电子性质随碳纳米管长度的变化。我们发现势垒的形状取决于电荷转移的长程尾，导致注入势垒厚度相当于纳米管长度的一半，直到纳米管达到体积极限。随着纳米管长度的增加，纳米管结的电导表现出从隧穿到热激活输运的转变。
2003-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Temperature Dependence of the Band Gap of Semiconducting Carbon Nanotubes
半导体单壁碳纳米管（SWNTs）的带隙的温度依赖性的计算通过直接评估的电子-声子耦合内的“冻结声子”计划。一个有趣的直径和手性依赖的$E_g(T)$，包括非单调的行为，某些管和不同的“家庭”的行为。这些结果被追溯到一个强大的和复杂的带边状态和最低能量的光学声子模式之间的耦合。的$E_g(T)$曲线由直径和手性依赖参数的解析函数建模，这些提供了一个有价值的指导系统估计$E_g(T)$为任何给定的单壁碳纳米管。在300 K的温度变化的幅度小于12毫电子伏，不应影响$(n,m)$分配的基础上光学测量。
2004-12-09 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
Semiconducting graphene from highly ordered substrate interactions
虽然已经提出了许多方法来生产半导体石墨烯，但从未证明过显著的带隙。原因在于，不管理论上的间隙形成机制如何，亚纳米尺度的无序阻止了打开石墨烯中的间隙所必需的手征对称性破坏。在这项工作中，我们第一次证明了可以通过外延生长制备2D半导体石墨烯薄膜。使用改进的生长方法，我们通过直接能带测量表明，可以在SiC（0001）表面上生长的第一石墨烯层中产生大于0.5 eV的带隙。这项工作表明，秩序，在其他石墨烯系统中仍然缺乏的属性，是生产电子可行的半导体石墨烯的关键。
2015-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Universal temperature dependence of optical excitation life-time and band-gap in chirality assigned semiconducting single-wall carbon nanotubes
利用共振拉曼散射测量了单壁碳纳米管（SWCNTs）巴基纸和双壁碳纳米管（DWCNTs）内管的光激发寿命γ和跃迁能Eii随温度的变化关系。两种样品的γ和E_ii的温度依赖性是相同的，并且与管的手征性无关。结果表明，电子-声子相互作用是影响Eii（T）温度依赖性的主要原因。在单壁碳纳米管样品中，与温度无关的非均匀性对伽马的贡献要大得多，这可以通过两种类型样品中不同的单壁碳纳米管环境来解释。用于巴基纸DWCNT样品的内管的伽马低至\sim 30 meV，这与对于单个SWCNT所发现的伽马相当。
2006-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Ion-Exchange Doping of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes
本研究采用离子交换掺杂法系统改变半导体单壁碳纳米管薄膜的抗衡离子尺寸，探究其对热电性能的影响，发现大阴离子可提升电导率与掺杂稳定性，并用随机电阻模型解释了相关机制，为掺杂无序系统热电性能研究提供参考。
2025-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Electroabsorption study of index-defined semiconducting carbon nanotubes
报道了具有良好识别性的指数定义的半导体碳纳米管的电吸收光谱。高清晰度的电吸收光谱的测量可以直接与独特的纳米管手性。结果表明，至少在有限的直径范围内，电吸收与纳米管的激子结合能成正比。电吸收是一种直接探测碳纳米管激子态的有力技术，有望成为未来基于碳纳米管的光子器件如电吸收调制器中激子原位研究的有用工具。
2015-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling analysis of Schottky barriers at metal-embedded semiconducting carbon nanotube interfaces
我们提出了一个原子的自洽紧束缚研究的电子和传输特性的金属半导体碳纳米管接口作为纳米管通道长度的函数时，纳米管线的末端埋在电极内。我们表明，相对于金属费米能级的纳米管能带结构的阵容强烈地依赖于金属的功函数，但弱的接口的细节。我们分析了长度依赖的传输特性，预测从隧穿热激活的运输与增加纳米管通道长度的过渡。
2004-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Seebeck coefficient in semiconducting single-wall carbon nanotube film
我们在半导体单壁碳纳米管（SWCNT）薄膜中发现了巨大的塞贝克效应，其表现出与商业Bi2Te3合金相当的性能。半导体单壁碳纳米管薄膜的载流子掺杂进一步提高了热电性能。这些结果被复制以及基于一个简单的单壁碳纳米管结模型的第一性原理输运模拟。这些发现为新兴的印刷、全碳、柔性热电设备铺平了道路。
2014-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton splitting in semiconducting carbon nanotubes in ultrahigh magnetic fields above 300 T
在高磁场中，半导体单壁碳纳米管的激子吸收光谱由于Aharonov-Bohm磁通量而分裂。利用电-磁通量压缩破坏脉冲磁线圈技术产生370 T的磁场，对单手性半导体碳纳米管进行磁场处理。利用条纹光谱，我们证明了在150 T以上暗态和亮态混合后，布里渊区K和K'点处的独立带边激子态的分离。这些结果使得在单壁碳纳米管的Aharonov-Bohm效应的全貌的定量讨论。
2015-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental determination of the local optical conductivity of a semiconducting carbon nanotube and its modification at individual defects
纳米级光学特性的测量对于光电子器件的表征具有重要意义。然而，传统的光探针测量方法很难确定具有纳米不均匀性的单个量子物体的局域光学性质。在这里，我们展示了第一次成功的测定的绝对光学常数，包括光学电导率和吸收系数，为一个单独的碳纳米管的缺陷，通过比较能量损失光谱和光吸收。从某种类型的缺陷获得的光学电导率确实呈现出在最低激发峰（E11）附近的特征修改，其中强烈涉及激子和非辐射跃迁以及声子耦合激发。对E11峰的详细线形分析清楚地表明了不同程度的激子寿命缩短和电子态修改，这是可变的缺陷类型。
2017-09-12 cond-mat.mtrl-sci
Tuning carbon nanotube bandgaps with strain
我们表明，能带结构的碳纳米管（NT）可以显着改变机械应变。我们采用原子力显微镜的尖端，同时改变NT应变和静电门管。我们表明，应变可以打开带隙的金属NT和修改的带隙的半导体NT。理论工作预测，带隙变化的范围可以在+100meV和-100meV之间每1%的拉伸，这取决于NT的手征性，我们的测量与这个预测的范围是一致的。
2003-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bandgap modulation of narrow-gap carbon nanotubes in a transverse electric field
我们提出了一种利用横向电场调制准金属碳纳米管带隙的方法。与以往的调查，我们包括曲率效应的纳米管，通过将两个$π$ -和$σ$ -轨道在我们的紧束缚计算。计算结果表明，小曲率引起的带隙随着电场幅值的减小而呈二次方减小。随着电场幅度继续增加，带隙随后以与先前研究中所呈现的类似的方式扩展。的带隙依赖性进行了验证，通过分析计算，这也同意与前面的分析的限制，没有曲率。
2006-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2010-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Semiconducting nanotubes derived from a rectangular graphyne: a DFT study
本研究利用DFT计算考察将矩形rγGY石墨炔片折叠为纳米管后的电子性质，揭示手性、直径与前沿态对局域化及带隙调制的作用机制。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Switching behavior of semiconducting carbon nanotubes under an external electric field
我们从理论上研究了连接在金电极上的半导体碳纳米管在外加电场作用下的开关特性。我们发现，外部引入的空穴是必要的，占实验观察。我们确定金属诱导间隙状态（MIGS）的接触，并发现一个未掺杂的管的MIGS不会显着影响开关行为，即使是非常短的管长度。我们还探讨了纳米管晶体管的小型化限制，并在其开关比的基础上，我们得出的结论是，晶体管的通道短至50欧姆将有足够的开关特性。
2001-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Avalanche-Induced Current Enhancement in Semiconducting Carbon Nanotubes
在高电场应力（~10 V/um）下的半导体碳纳米管由于自由电子和空穴的雪崩产生而显示出惊人的指数电流增加。与其他材料不同，这种一维量子线中的雪崩过程涉及到第三子带的访问，对温度不敏感，但强烈依赖于直径~exp（-1/d^2）。通过与理论模型的比较，提出了一种新的方法，得到了非弹性光学声子发射长度L_OP，ems ~ 15 d nm。综合结果强调了一维分子线中多带传输的重要性。
2008-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemically Functionalized Semiconducting Carbon Nanotubes: Limits for High Conductance Performance
我们提出了第一性原理研究的电子输运性质的微米长的半导体碳纳米管随机覆盖的卡宾官能团。而以前的研究表明，金属管几乎不受这种粘附的影响，我们在这里表明，与标准直径的半导体管的电导是相反的严重损坏。提取了作为管径函数的构型平均电导，并具有多达一百个官能团的覆盖率。我们的研究结果表明，寻找一个电导保持共价官能化路线仍然是一个具有挑战性的问题。
2010-03-19 cond-mat.mes-hall 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
Low-frequency Current Fluctuations in Individual Semiconducting Single-Wall Carbon Nanotubes
我们提出了一个系统的研究由一个单一的半导体纳米管，它表现出显着的1/f型噪声的纳米器件的低频电流波动。通过检查具有不同的开关机制，载流子类型（电子与空穴），和沟道长度的设备，我们表明，在半导体纳米管的1/f波动水平是相关的传输载流子的总数存在于系统中。然而，每个载流子的1/f噪声水平不大于大多数体常规半导体（例如Si）的1/f噪声水平。在纳米管器件中观察到的显著噪声水平仅仅反映了参与传输的少量载流子。这些结果不仅为量化一维输运系统中的噪声行为提供了基础，而且为基于1/f波动现象表征低维纳米结构提供了一种有价值的方法。
2005-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrostatic deflections of cantilevered semiconducting single-walled carbon nanotubes
碳纳米管在外加电场中的行为？电场的强度和管子的变形之间有什么关系？几何形状对碳纳米管对电场的响应有什么影响？为了回答这些问题，我们发展了一种新的计算技术来研究静电场引起的碳纳米管变形。在本工作中，我们发现悬臂式半导体单壁碳纳米管的偏转角与电场强度的平方成正比，当电场角度在45 ~ 60度范围内时，碳纳米管的弯曲最大。此外，还发现偏转角与纵横比L/R成正比。我们的研究结果提供了一个很好的定性协议与以前的实验研究。
2018-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric Field-Dependent Charge-Carrier Velocity in Semiconducting Carbon Nanotubes
研究了高偏压下具有肖特基势垒接触的半导体单壁纳米管（SWNTs）中的电荷输运。我们观察到几乎对称的双极传输与电子和空穴电流显着超过25微安，在金属单壁碳纳米管由于光学声子发射报告的电流极限。在单极状态下，研究了四种简单的场相关速度模型（弹道、电流饱和、速度饱和和恒定迁移率）;饱和速度为2 x 10^7 cm/s的速度饱和模型可以最好地解释高偏压行为。
2005-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent Control of Photocurrents in Graphene and Carbon Nanotubes
利用低能电子态的长波长理论研究了石墨烯和碳纳米管的相干单光子（$2 ω$）和双光子（$ ω$）电子激发.对于石墨烯片，我们发现，这些激发的相干叠加产生的激发载流子的动量空间分布的极性不对称性的角度依赖性，这取决于入射场的相对偏振和相位。对于半导体纳米管，我们发现一个类似的效果，取决于半导体间隙的平方，我们计算其频率依赖性。我们发现，控制光电流方向的三阶非线性对半导体管是稳健的，而对导体管则在连续介质理论中消失。我们计算了高阶晶场对能带结构的影响对这些结果的修正，并简要讨论了该理论的一些应用。
1999-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Charge transport in semiconducting carbon nanotube networks
半导体单壁碳纳米管网络中有效和受控的电荷传输是其在电子器件中应用的基础，特别是在场效应晶体管和热电器件中。半导体甚至单手性碳纳米管的选择性生长、纯化和分选方面的最新进展使场效应晶体管具有高载流子迁移率和开/关电流比，这在几年前是不可能的。它们还使研究人员能够检查纳米管长度、密度、直径分布、载流子密度、有意和无意缺陷、介电环境等参数的微观相互作用，以及它们对宏观电荷输运性质的影响。这篇评论讨论了各种模型，被认为是在纳米管网络和实验方法来表征和调查运输超越简单的电导率或晶体管测量的电荷传输。静态和动态吸收、光致发光和电致发光光谱以及扫描探针技术（例如，导电原子力显微镜，开尔文探针力显微镜），以及他们在给定纳米管网络中载流子分布和由此产生的电流路径方面的独特见解将被介绍。最后，建议进一步优化纳米管网络设备和剩余的挑战列表。
2021-11-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charge Transfer from Photoexcited Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes to Wide-Bandgap Wrapping Polymer
半导体单壁碳纳米管（SWCNTs）作为窄带隙材料，在光诱导电荷转移（PCT）反应中很少被用作电荷供体。然而，单壁碳纳米管独特的能带结构和不寻常的激子动力学为经典的PCT机制增加了更多的可能性。在这项工作中，我们通过飞秒瞬态吸收光谱演示了从光激发半导体（6，5）单壁碳纳米管到宽带隙包裹的聚[（9，9-二辛基芴基-2，7-二基）-alt-（6，6 '）-（2，2'-联吡啶）]（PFO-BPy）的PCT。通过监测的单壁碳纳米管极化子的光谱动力学，我们表明，从光激发的单壁碳纳米管的PFO-BPy的电荷转移可以驱动不仅由能量有利的E33跃迁，但也由能量不利的E22激发下的高泵注量。这种从窄带隙SWCNT到宽带隙聚合物的不寻常PCT源自上转换的高能激子态（E33或更高），其由SWCNT中激子和载流子的俄歇复合促进。这些见解为基于SWCNT的光电探测器和光电池中的电荷分离提供了新的途径。
2021-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Invariant Wide Bandgaps in Honeycomb Monolayer and Single-Walled Nanotubes of IIB-VI Semiconductors
寻找具有独特电子性质的低维材料对于纳米尺度电子器件的发展具有重要意义。通过系统的第一性原理计算，我们发现IIB-VI族半导体（ZnO，CdO，ZnS和CdS）的二维蜂窝状单层和一维单壁纳米管的带隙几乎与手性无关，并且与直径有弱的相关性。电子结构分析表明，导带最低峰由阳离子的球对称$s$轨道贡献，价带最高峰由平面内$(d_{xy}-p_y)$和$(d_{x^2-y^2}-p_x)$杂化占据.这些电子态对曲率半径具有很强的鲁棒性，使得从蜂窝单层结构到单壁纳米管结构的带隙具有不变的特征。这些材料的禁带宽度在2.3 ~ 4.7 eV之间，在电子器件和光电子器件中具有潜在的应用价值。我们的研究表明，寻找和设计特定的电子结构可以促进探索未来应用的新型纳米材料的过程。
2018-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Multi-Band Mobility in Semiconducting Carbon Nanotubes
我们提出了一个新的数据和一个紧凑的单壁碳纳米管迁移率模型，只有两个可调参数，弹性和非弹性碰撞平均自由程在300 K。的迁移率随直径增加，随温度降低，并有一个更复杂的依赖于电荷密度。模型和数据表明，由于第二子带的强散射效应，对于典型的单壁纳米管直径，在高载流子密度（n > 0.5 nm-1）下，室温迁移率不超过10，000 cm 2/V.s。
2009-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chirality of internal metallic and semiconducting carbon nanotubes
我们已经分配的手性的双壁碳纳米管的内管的催化化学气相沉积使用的径向呼吸模式（RB）在非弹性光散射实验中的高灵敏度。推导出的手征对应于几个半导体和只有两个金属内管。RB模式系统地转移到更高的能量相比，理论值。本文从管内外层间距的减小和电子共振效应两个方面讨论了金属管和半导体管RB模的实验能量与理论能量之间的差异。我们发现了几对RB模式对应于不同直径的内部和外部管。
2001-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhancement of semiconducting single-wall carbon nanotubes photoluminescence
报道了不同金属单壁碳纳米管（m-SWNT）浓度的半导体单壁碳纳米管（s-SWNT）薄膜的光致发光特性。通过聚合物辅助选择性萃取获得s-SWNT纯化样品。我们表明，在样品中的几个m-SWNT产生急剧淬火的发射。因此，高度纯化的s-SWNT薄膜是一种强发光材料，并且是未来光子学应用的良好候选者，例如近红外发射器、调制器和探测器。
2010-01-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Electrical Nanoprobing of Semiconducting Carbon Nanotubes using an Atomic Force Microscope
我们使用原子力显微镜（AFM）的尖端，局部探测半导体碳纳米管晶体管的电子特性。在三探针测量装置中，镀金AFM针尖用作电压或电流探针。使用的尖端作为一个可移动的电流探针，我们调查的缩放与沟道长度的设备属性。利用针尖作为电压探针，我们研究了接触的性质。我们发现，Au使一个很好的接触在p区，没有肖特基势垒。在n-区域中，发现大的接触电阻，占主导地位的传输特性。
2003-11-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Edge-functionalized and substitutional doped graphene nanoribbons: electronic and spin properties
石墨烯纳米带是石墨烯基纳米电子学中碳纳米管的对应物。我们用密度泛函理论研究了化学修饰的带的电子性质。我们观察到锯齿形带的化学修饰可以打破自旋简并。这促进了双金属转变的开始，或半半导体状态的开始，其中两个自旋通道具有不同的带隙，或自旋极化的半半导体状态-其中价带和导带中的自旋被相反地极化。扶手椅带的边缘功能化使电子态远离费米能级几个eV，并且不会显著影响它们的带隙。N和B产生不同的效果，这取决于取代位点的位置。特别是，在低密度的边缘取代不显着改变的带隙，而批量取代促进的开始的重金属过渡。吡啶类缺陷诱导一个过渡金属。
2007-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Work functions of pristine and alkali-metal intercalated carbon nanotubes and bundles
利用第一性原理方法研究了单壁碳纳米管和碳束的功函数。对于单个金属管，WF与手性无关，并随管径略有增加。对于半导体管，WF（由HOMO能量定义）迅速下降。纳米管束（$\sim$ 5 eV）的WF显示没有明确的依赖于管的尺寸和手性，略高于个别管。对有限长管的计算表明，管端和侧壁没有实质性的差别。在碱金属插入后，WF急剧下降，费米能级附近的电子态被显着修改。金属和半导体纳米管束变得难以区分。
2001-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic Effects and Optical Spectra of Single-Walled Carbon Nanotubes
多电子效应常常会显著地改变降维系统的性质。我们报告的计算，基于多电子格林函数方法，电子空穴相互作用对小直径单壁碳纳米管的光谱的影响。激子效应定性地改变了半导体管和金属管的光谱。激子在半导体（8，0）管中被约1 eV束缚，在金属（3，3）管中被约100 meV束缚。这些大的多电子效应解释了以前的理论和实验之间的差异。
2004-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Unusual Bandgap Oscillations in Template-Directed π-Conjugated Porphyrin Nanotubes
使用大规模DFT计算（高达1，476个原子和18，432个轨道），我们首次详细分析了最近合成的卟啉纳米管的不寻常的电子性质。我们令人惊讶地观察到这些纳米结构的带隙中作为尺寸的函数的极大振荡，这与典型的量子限制效应（即，在这些纳米管中的几个中，带隙随着尺寸而增加）。特别是，我们发现，这些有趣的电子振荡产生的芳香族/非芳香族特性在这些卟啉纳米管的大小依赖性的交替。我们的能带结构和轨道图的分析表明，在这些纳米结构的电子跃迁是直接带隙，光学活性的“亮”状态，可以很容易地观察到在光电子能谱实验。最重要的是，由于它们不寻常的带隙振荡，我们发现，I型和II型供体-受体p-n异质结是可能的，在这些模板导向的，“自下而上合成”卟啉纳米管-一个独特的属性，是不存在于传统的碳纳米管。
2018-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Reentrant semiconducting behavior in polymerized fullerite structures with increasing sp3-carbon content
本研究利用密度泛函理论探究不同维度聚合富勒体的电子行为，发现随sp³碳含量升高材料带隙先减小至金属态后重开呈重入半导体行为，揭示了其成因并指明富勒体聚合物是调控电子性质的优良平台。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles prediction of energy band gaps in 18-valence electron semiconducting half-Heusler compounds: Exploring the role of exchange and correlation
该研究通过GGA、meta-GGA、杂化泛函及GW方法计算18价电子半Heusler化合物的能带隙，发现泛函选择的影响具有材料特异性，需结合实验确定最佳方法。
2023-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Coherent monochromatic phonons in highly-purified semiconducting single-wall carbon nanotubes
我们利用飞秒泵浦-探测脉冲拉曼技术研究了高纯度定向半导体单壁碳纳米管（SWCNTs）中相干光学声子的偏振依赖性。相干声子谱的径向呼吸模式（RBM）表现出不同的单色频率之间的薄膜和溶液样品，表明存在不同的激子激发过程。通过改变入射泵浦光在取向单壁碳纳米管薄膜上的偏振态，我们发现相干RBM激发的各向异性取决于激光波长，我们认为这与RBM激发的共振和非共振行为有关。
2013-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital and spin magnetic moments of transforming 1D iron inside metallic and semiconducting carbon nanotubes
利用局域X射线磁性圆二色性（XMCD）和体超导量子干涉仪（SQUID）研究了一维碳纳米管杂化材料中铁的轨道和自旋磁性.纳米管混合物最初是二茂铁填充的不同金属性的单壁碳纳米管（SWCNT）。经过高温纳米化学反应后，二茂铁分子相互反应形成铁纳米团簇。我们发现，二茂铁分子轨道的相互作用不同的单壁碳纳米管的不同金属没有显着的XMCD响应。这种XMCD在不同的温度和磁场揭示了轨道和/或自旋磁矩的封装铁急剧改变的转变为一维Fe纳米团簇发生。轨道和自旋磁矩都被发现是在填充的半导体纳米管比在金属样品更大。这可能意味着封装材料的磁极化取决于管的金属性。从铁的3d磁矩和体磁SQUID测量之间的比较，我们得出结论，离域的磁性决定了这些一维混合纳米结构的磁性。
2012-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Defects in Semiconducting Carbon Nanotubes as Triplet Exciton Traps and Single-Photon Emitters
本研究通过密度泛函理论揭示(6,5)碳纳米管中螺旋Stone-Wales缺陷可捕获三重态激子，并凭借弱电子-声子耦合成为电信波段单光子发射体。
2025-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2005-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Coupled study by TEM/EELS and STM/STS of electronic properties of C- and CNx-nanotubes
碳纳米管由于其迷人的物理性质而成为相当多研究工作的焦点。它们为一维材料和分子电子学的研究提供了一个很好的模型系统。纳米管的手性可以导致非常不同的电子行为，无论是金属还是半导体。它们的电子光谱由一系列范霍夫奇点组成，这些奇点定义了半导体管和相应能量下的分子轨道的带隙。一个有前途的方法来调整纳米管的电子性能，为未来的应用是使用杂原子掺杂。在这里，我们报告的实验研究的多体相互作用的作用，在直接空间的纳米管的分子轨道的可视化和氮掺杂的纳米管的性质，使用扫描隧道显微镜和透射电子显微镜以及电子能量损失谱。
2011-10-12 cond-mat.mtrl-sci
Reststrahlen band and optical bandgaps in semiconducting CrN films
本研究通过光谱椭偏仪表征了CrN薄膜的光学性质，发现其存在余弦带和两个能级跃迁，同时揭示了材料部分离子性的特征。
2025-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Self-Assembly of Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes into Dense, Aligned Rafts
单壁碳纳米管是很有前途的纳米电子材料，但面临着长期的挑战，包括生产纯半导体单壁碳纳米管和集成到有序结构。在这里，高纯度的半导体单壁碳纳米管从散装材料中分离出来，并在耗尽吸引力的驱动下自组装成密集排列的筏。显微镜和光谱学揭示了高度的对齐和高填充密度的约100管/微米内的单壁碳纳米管筏。由对齐的SWNT筏制成的场效应晶体管提供了短沟道（~150 nm长）器件，该器件由在< 1微米沟道宽度内从化学分离得到的数十个纯半导体SWNT组成，实现了前所未有的高导通电流（每个器件高达~120微安）和高开/关比。平均导通电流为每管约3-4微安。结果表明，密集排列的高品质半导体单壁碳纳米管集成到高性能的纳米电子。
2013-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
