Density and Microstructure of Amorphous Carbon Thin Films
本工作中，我们研究了用直流和高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）技术沉积的非晶碳（$a$ -C）薄膜。两种方法制备的$a$ -C薄膜的微观结构和电学性质存在细微差别.虽然用dcMS沉积的膜具有通常在$a$薄膜中发现的平滑纹理，但用HiPIMS沉积的那些膜由被多孔微结构包围的致密小丘组成。$a$ -C薄膜的密度是判断其质量的决定性参数。通常，X射线反射率（XRR）已被用于测量碳薄膜的密度。从目前的工作中，我们发现，碳薄膜，特别是那些厚度为几十纳米的密度的测定，可能是不准确的XRR由于薄膜和衬底之间的散射对比度差。通过利用飞行时间模式中的中子反射率（NR）（一种不常用于碳薄膜的技术），我们可以精确地测量使用dcMS和HiPIMS沉积的$a$薄膜的密度差异。
2018-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Hardness of T-carbon: Density functional theory calculations
我们重新审视并解释了最近提出的碳的同素异形体T-碳的机械性能[Sheng \emph{et al.}，Phys. Rev. Lett.，\textbf{106}，155703（2011）]，使用结合不同经验硬度模型的密度泛函理论。与基于Gao模型的早期估计相比，该模型将T-碳的高维氏硬度（61 GPa）归因于超硬立方氮化硼（\emph{c} -BN）的硬度，我们发现T-碳不是超硬材料，因为其维氏硬度不超过10 GPa。除了为T型碳不存在超硬提供明确的证据外，我们还讨论了Gao和Šim的$\rm\mathring{u}$ nek和Vackásniness（SV）模型在预测T型碳硬度时失败的物理原因，这些原因在于它们对准\emph{sp} $^3$类C-C杂化物的高度各向异性分布的处理不当。基于超原子的概念，对Gao和SV模型提出了一种可能的修正，得到了约8 GPa的维氏硬度。
2011-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical Properties of Pristine and Defective Carbon-Phosphide Monolayers: A Density Functional Tight-Binding Study
利用密度泛函紧束缚理论，研究了在扶手椅（AC）和锯齿形（ZZ）方向均匀单轴拉伸应变作用下，原始和缺陷磷化碳（CP）单分子膜的弹性性质、变形和破坏行为.研究了磷化碳的两种变体，并考虑了两种类型的碳和磷空位（单空位和双空位）。结果发现，碳单空位具有最低的形成能，而磷双空位具有最高的一个在两个CP同素异形体。结果表明，磷化碳具有较强的力学各向异性，沿ZZ方向的杨氏模量和破坏应力比沿AC方向的大一个数量级。在这两种同素异形体中，空位对杨氏模量、断裂应力和应变都有显著影响，特别是沿AC方向。当CP单分子膜沿AC方向拉伸时，CP单分子膜的断裂是通过磷-磷键的断裂实现的，而沿ZZ方向拉伸时，则是通过碳-磷键的断裂实现的。沿AC方向的破坏应变和应力仅受磷空位的影响，而沿ZZ方向，它们几乎同等地受磷空位和碳空位的影响。这些理解可能会提供有用的指导原则，在纳米机电系统的CP单层的潜在应用。
2018-08-01 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic Mechanism of Carbon Annihilation upon SiC Oxidation due to Phosphorous Treatment: Density-Functional Calculations Combined with Ion Mass Spectrometry
我们报告的第一性原理静态和动态计算，澄清由于磷处理碳化硅（SiC）氧化后的碳湮灭的微观机制。我们确定了氧化物中磷（P）的最稳定形式为与悬挂PO单元的四重配位，并发现该单元吸引从界面排出的碳，从而作为碳吸收剂。这一发现提供了一个微观推理的第一次为促进氧化反应，一方面和湮灭的C-相关的缺陷在界面上的其他。还进行了二次离子质谱测量，所获得的碳分布证实了上述理论发现。
2017-03-23 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
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
Hexagon Preserving Carbon Nanofoams
碳泡沫是假设的碳同素异形体，其含有石墨样（sp $^2$碳）片段，通过sp $^3$碳原子连接，产生多孔结构。在这项工作中，密度泛函紧束缚（DFTB）方法与周期性边界条件（PBC）的研究这类不寻常的碳系统的能量，稳定性和电子性质。关于碳的最稳定相（石墨和金刚石），泡沫在非常低的质量密度下显示出高的结构稳定性。泡沫的电子能带结构和电子态密度（DOS）表明与碳纳米管类似的尺寸依赖性。计算的体积模量在石墨（5.5GPa）和金刚石（514GPa）之间的范围内。这些结构可能代表sp $^2$ +sp $^3$杂交的新型稳定碳修饰。
2011-06-29 cond-mat.mtrl-sci
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
Analysis of a carbon dimer bound to a vacancy in iron using density functional theory and a new tight binding model
Foerst等人最近的密度泛函理论（DFT）计算预测，低碳钢和高碳钢中的空位都有碳二聚体与之结合。这可能会改变微结构发展动力学中的生物学家的思想。虽然C2分子与Fe中空位结合的概念在钢的原子模型中可能具有核心重要性，但最近的紧束缚（TB）模型和现有的经典原子间作用势都不能解释它。其正确地预测了Fe中空位处的碳二聚体的结构和能量。此外，该模型是能够处理的bcc-Fe和fcc-Fe中的碳的浓缩和稀释的限制与DFT的比较显示。我们使用DFT和TB的二聚体进行详细的分析，并来了解是什么支配的选择，其好奇的方向内的空缺。
2013-05-06 cond-mat.mtrl-sci
High-field Current-carrying Capacity of Semiconducting Carbon Nanotubes
结果表明，在半导体碳纳米管的电流饱和是无法区分的金属纳米管，如果载流子密度是由带隙和LO声子能量确定的临界值以上。这一特征源于半导体管中由于带边处的范霍夫奇点而产生的较高数量的载流态。在此临界载流子密度以上，在高场的系综饱和速度被发现是独立的带隙，但强烈依赖于载流子密度，解释最近的观察。
2008-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Density dependence of thermal conductivity in nanoporous and amorphous carbon with machine-learned molecular dynamics
本研究利用机器学习势驱动的分子动力学模拟，揭示了纳米多孔碳与无定形碳热导率分别呈线性、超线性密度依赖的规律，阐明了杂化结构与结构有序度的调控机制，为热管理材料设计提供理论支撑。
2024-12-12 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
High Energy Density Mixed Polymeric Phase From Carbon Monoxide and Nitrogen
一氧化碳和氮是潜在的令人感兴趣的高能量密度材料。然而，尽管分子的物理相似性，它们在高压下的行为非常不同。使用密度泛函理论和结构预测方法，我们研究这些系统的能力，结合各自的属性，并形成新的混合结晶相的压力下，高达100 GPa。有趣的是，我们发现CO催化N2的分子解离，这意味着在相对较低的压力（低于18 GPa）下有利于混合结构，并且具有Pbam对称性的三维框架在52 GPa以上成为最稳定的相，即，在比纯固体氮温和得多的条件下。该结构在环境压力下是动态稳定的，并且具有约2：2 kJ/g的能量密度，使其成为高能量密度材料的候选材料，并且可以在不太禁止的实验条件下实现。
2013-12-05 cond-mat.mtrl-sci
C5 as simplest ultrahard allotrope with mixed sp2/sp3 carbon hybridizations from first principles
从晶体化学理论和密度泛函理论计算出发，提出了一种新的四元碳C5作为最简单的超硬同素异形体，具有混合杂化碳杂化（sp2 - sp3）。新的pentacarbon被确定为动态和机械的内聚和稳定。而电荷密度是本地化的四面体C-sp3，它被发现离域周围的三角C-sp2导致金属行为。由沿四面体轴排列的三角碳引起的各向异性结构特征提供了接近金刚石量级的高维氏硬度
2022-10-09 cond-mat.mtrl-sci
Accurate computational prediction of core-electron binding energies in carbon-based materials: A machine-learning model combining density-functional theory and $\boldsymbol{GW}$
我们提出了一个定量准确的机器学习（ML）模型的计算预测的核心电子结合能，从该X射线光电子能谱学（XPS）光谱可以很容易地获得。我们的模型结合了密度泛函理论（DFT）与$GW$，并使用核岭回归的ML预测。我们将新方法应用于含有碳，氢和氧的材料和分子，并获得与实验定性和定量的一致性，在0.1 eV的参考实验光谱内分辨光谱特征。该方法只需要用户提供所研究材料的结构模型，即可在数秒内获得XPS预测。我们的新工具可通过XPS预测服务器在线免费获得。
2022-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Ground state structure of polymeric carbon monoxide with high energy density
采用晶体结构预测方法和第一性原理计算探索了一氧化碳（CO）的低能结构。与标准的智慧相反，在环境压力下CO最稳定的结构被发现是Pna 21对称的聚合物结构，而不是分子固体。该相由通过C=C双键连接的六元（4个碳+2个氧）环形成，每个环上连接有两个双键氧原子。有趣的是，CO的聚合Pna 21相具有比三硝基甲苯（TNT）高得多的能量密度。当压缩到约7 GPa时，发现Pna 21转变为另一种具有Cc对称性的链状相，其具有与Pna 21相似的环单元。在压缩到100 GPa时，从能量上有利于CO从Cmca对称性的另一种结构形成单键Cmcm相，该结构由与单键I212121结构中发现的单元类似的单元组成。这些结构的热力学稳定性进行了验证，使用不同的密度泛函计算，包括混合和范德华校正的泛函。
2016-09-30 cond-mat.mtrl-sci
4He adsorbed inside (10,10) single walled carbon nanotubes
采用扩散蒙特卡罗方法研究了$^4$ He在开口单壁（10，10）纳米管中的吸附。我们发现了一级相变，将低密度液相和高密度排列分开，在低密度液相中，所有的$^4$ He原子都吸附在管壁附近，而高密度排列的特征是两个氦同心层。还计算了由于束中相邻管的存在而引起的能量校正，发现在所考虑的密度范围内可以忽略不计。
2007-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Endohedral terthiophene in zigzag carbon nanotubes: Density functional calculations
采用密度泛函方法研究了三噻吩（T3）分子在锯齿形单壁碳纳米管（CNTs）中的包合和包覆。我们认为T3分子内的五个半导体碳纳米管的直径范围从9.6到12.7安。我们的研究结果表明，T3夹杂过程是放热的直径大于9.5埃的碳纳米管。最高的能量增益被发现是2 eV，随着CNT直径的增加而降低。这种显著的稳定效果归因于带正电荷的CNT内部空间，如由其曲率引起的，其能够容纳中性T3分子。T3@CNT系统的能带结构表明，T3在CNT内保持其电子身份，将它们的分子轨道叠加到空CNT能带结构上而没有杂化。我们的结果预言了T3分子所加入的电子态将引起光学效应和激发态的无辐射弛豫。
2006-09-08 cond-mat.mtrl-sci
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。
2009-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Fractal Carbon nanofoams by nanosecond and femtosecond pulsed-laser deposition
本文报道了利用纳秒和飞秒脉冲激光沉积（PLD）技术制备的超低密度、分形、碳纳米泡沫材料的性能研究。我们通过创新技术的泡沫平均密度和组成膜（即纳米颗粒直径，分形维数和回转半径）的分形聚集体的属性作为几个PLD工艺参数，即背景气体压力和激光脉冲特性（能量，持续时间，重复率）的函数进行测量。我们讨论了现有文献的基础上的实验观察，我们提出了一个分析方程，基于分形标度律，预测泡沫密度的聚集体属性。最后，我们使用分析参数来解释所观察到的趋势，在纳米泡沫密度相对于工艺参数，有用的纳米泡沫生长获得新的见解，并指导实验工作，在制造超低密度薄膜精确控制的性能。
2022-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculations of carbon and boron nitride allotropes and their structural phase transitions using periodic coupled cluster theory
我们提出了一个从头计算研究氮化硼以及碳同素异形体。它们的相对热力学稳定性和结构相变从低到高密度相的研究。压力-温度相图的计算和实验结果进行比较。计算采用量子化学波函数以及密度泛函理论。我们的研究结果表明，预测的能量差异往往取决于所采用的方法的选择显着。计算结果和实验结果之间的比较允许基准的准确性，不同层次的理论。所产生的结果表明，量子化学波函数为基础的理论允许实现系统的改进估计。我们发现，在耦合集团理论的水平上，氮化硼的低密度相和高密度相在0 K时都发生了热简并。这与最近的实验结果一致，表明立方氮化硼在环境条件下不是化学稳定的同素异形体。此外，我们采用计算结果来评估过渡概率从石墨低密度到类金刚石高密度相在一个近似的方式。我们的结论是，母石墨材料的堆叠顺序是至关重要的可能形成的亚稳纤锌矿氮化硼和六方碳金刚石也被称为lonsdaleite。
2019-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Density dependence of elastic properties of graphynes
石墨烯是石墨烯的二维碳同素异形体。它的结构由一个或多个乙炔链连接的芳环和/或碳-碳键组成。由于某些石墨烯具有石墨烯的大部分优良性质和非零带隙，因此得到了广泛的研究。最近，Kanegae和Fonseca报道了70种石墨烯的四种弹性性质的计算，七种石墨烯家族的十个成员[Carbon Trends 7，100152（2022）]。他们表明，乙炔链长对这些性质的依赖性可以简单地用一系列弹簧来模拟。在这里，基于这些结果，我们提出了这些属性的密度依赖性，并表明石墨的弹性模量，$E$，是依赖于密度，$ρ$，比多孔蜂窝材料的指数$E \sim ρ^{n}$，小于2。我们讨论的结果方面的石墨结构的孔的形状。
2023-02-17 cond-mat.mtrl-sci
All-Electron Path Integral Monte Carlo Simulations of Warm Dense Matter: Application to Water and Carbon Plasmas
发展了一种适用于热稠密物质的具有自由粒子节点的全电子路径积分蒙特卡罗（PIMC）方法，并将其应用于水和碳等离子体。因此，我们将PIMC研究从氢和氦扩展到具有核心电子的元素。在（2.5-7.5）$\times10^5$ K的温度下，PIMC压力、内能和对关联函数与密度泛函理论分子动力学（DFT-MD）很好地比较，并且两种方法一起形成在3- 12 g/cm $^3$和10 $^4$ -10 $^9$ K的密度-温度范围内的相干状态方程（EOS）。
2012-03-21 cond-mat.mtrl-sci
High-Density Horizontal Arrays of Single-Chirality Carbon Nanotubes
Beijing National Laboratory for Molecular Science, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University（北京大学化学与分子工程学院）；Key Laboratory for the Physics and Chemistry of Nanodevices, School of Electronics, Peking University（北京大学电子学院）；School of Materials Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学材料科学与工程学院）；Institute of Carbon-Based Thin Film Electronics, Peking University（北京大学碳基薄膜电子研究所）；State Key Lab for Mesoscopic Physics, Frontiers Science Centre for Nano-optoelectronics, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院）；Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Peking University（北京大学前沿交叉学科研究院）
本文提出了一种基于马兰戈尼流的自组装策略，用于制备高密度单手性碳纳米管阵列，实现了高排列密度和二维序参量，展示了其在研究一维纳米材料各向异性性质方面的潜力。
2026-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Based Resistive Memory
我们提出碳作为新的电阻存储材料的非易失性存储器和比较三种同素异形体的碳，即碳纳米管，石墨烯类导电碳和绝缘碳作为电阻变化材料在高密度非易失性存储器的可能应用。重复的高速开关和多级编程的潜力已被成功地证明。
2009-01-28 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of ultrathin (2 \times 2) Gd nanowires encapsulated in carbon nanotubes
采用密度泛函方法研究了包裹在窄碳纳米管中的Gd和Gd-碳化物纳米线的结构和磁性。封装的（2 \times 2）Gd-NW的平衡几何形状与体Gd晶体的平衡几何形状明显不同。电荷密度分析表明，与Gd-碳化物纳米线相比，在封装的Gd-NW中存在明显的自旋相关的电子转移。我们的结论是，Gd-CNT杂化是主要负责封装的Gd-NW的结构差异和电子转移。
2010-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Structural and elastic properties of amorphous carbon from simulated quenching at low rates
我们从液体中的恒定体积淬火产生无定形碳（a-C）的代表性结构模型，随后在分子动力学模拟中使用经验和机器学习原子间势松弛内应力。通过改变体积和淬火速率，我们生成具有一系列密度和无定形形态的结构。我们发现，所有的a-C样品表现出普遍的杂化，体积模量和密度之间的关系，尽管有不同的内聚能。内聚能的差异可以追溯到键角分布的轻微变化，这可能会影响这些结构的热稳定性。
2019-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Controlling Carbon Nanostructure Synthesis in Thermal Plasma Jet: Correlation of Process Parameters, Plasma Characteristics, and Product Morphology
本研究通过分析工艺参数、等离子体特性与产物形貌之间的关系，揭示了控制碳纳米结构合成的关键因素。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Analytic solution of charge density of single wall carbon nanotube in conditions of field electron emission
推导了单壁碳纳米管诱导静电势的解析解。在电中性能级态密度不变的假设下，我们可以得到平行于管轴的外场中过剩电荷的线密度。
2006-03-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
First-principles study of lithium-doped carbon clathrates under pressure
本文从理论上研究了C $_{46}$和Li $_8$ C $_{46}$ Ⅰ型碳笼合物在压力下的行为，以期为它们的合成提供新的信息。利用\textit{ab initio}计算，我们研究了这两种碳基笼状材料在压力下的能量和结构性质。与金刚石相比，这些低密度亚稳相显示出大的负压转变，这代表了它们合成的严重障碍。然而，我们的证据表明，一个最小的能量势垒可以达到接近40 GPa，这表明在极端的压力和温度条件下的锂包合物的合成是可能的。电子能带结构与相关的态密度的行为在压力下，以及与压力的依赖关系的主动拉曼模式也被检查。
2007-11-15 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
Extended Huckel theory for bandstructure, chemistry and transport. I. Carbon Nanotubes
我们描述了一种半经验原子基础扩展休克尔理论（EHT）技术，可用于计算体能带结构，表面态密度，电子传输和界面化学的各种材料在同一个计算平台。我们应用这种方法来研究多个技术上重要的系统，在本文中从碳纳米管（CNT）及其界面开始，在我们的后续论文中从硅基异质结构开始。我们发现，当它涉及到量子运输通过有趣的，复杂的异质结构，休克尔能带结构提供了一个公平的和实际的妥协之间的正交紧束缚理论（OTB）与有限的环境之间的可转移性大失真，和密度泛函理论（DFT）的计算是相当昂贵的相同的目的。
2006-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Theory of resonant Raman scattering of tetrahedral amorphous carbon
提出了一种计算固体离域振动共振拉曼光谱的实用方法。我们应用这种方法来研究四面体无定形碳。我们用密度泛函理论在局域密度近似下确定振动本征模和本征值，用紧束缚近似确定拉曼强度。计算的光谱与用可见光和紫外激光测量的实验光谱符合得很好。我们分析了拉曼光谱的微观单元的振动模式。我们表明，在任何频率下，光谱主要由伸缩振动。我们确定了一个非常快速的反转的相对拉曼强度的$sp^2$和$sp^3$碳网站与入射激光束的频率。特别地，光谱由低于4eV的$sp^2$原子和高于6eV的$sp^3$原子主导。
2001-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Enrichment of Armchair Carbon Nanotubes via Density Gradient Ultracentrifugation: Raman Spectroscopy Evidence
我们已经使用共振拉曼散射光谱充分分析了不同的（n，m）物种的相对丰度在单壁碳纳米管样品中，金属富集密度梯度超浓缩。引人注目的是，数据清楚地表明，我们的密度梯度超离心过程中富集的扶手椅和近扶手椅物种的金属馏分。我们观察到扶手椅型碳纳米管占每个（2n + m）家族的50%以上。
2009-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the Structural Stability and Optical Properties of Germanium-based Schwarzites: A Density Functional Theory Investigation
自从石墨烯被合成以来，基于碳同素异形体构建新的2D和3D结构的兴趣每天都在增长。其中一种3D结构被称为碳施瓦茨。黑碳石由具有三周期最小表面（TPMS）形状的碳纳米结构组成，其特征在于由具有多于六个原子的碳环的存在引入的负高斯曲率。黑硅钙石族的一些例子包括：原始（P），螺旋（G）和金刚石（D）。以往的研究考虑到不同的元素种类的施瓦济特调查的机械，电气和热性能。本文采用密度泛函理论和GGA交换关联泛函研究了锗施瓦济体的稳定性。我们选择每个家族（P8bal）、（G688）和（D688）的一个结构。据观察，通常平坦的碳schwarzites获得屈曲配置，如以前观察到的硅烯和锗烯单层。所研究的结构呈现出从$0.13$到$0.27$ eV的半导体带隙。我们还进行了计算的光学性质的线性制度，其中它被证明，锗schwarzites结构吸收从红外到紫外频率的光。因此，我们的研究结果开辟了新的前景材料，可用于光电子器件的应用。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Improved electro-grafting of nitropyrene onto onion-like carbon via in situ electrochemical reduction and polymerization: Tailoring redox energy density of the supercapacitor positive electrode
本文报道了一种改进的将1-硝基芘（Pyr-NO2）物理接枝到高度石墨化的碳洋葱上的方法。这是通过原位还原NO2基团降低芘聚合的起始电位来实现的。与还原的NO2相关的额外的氧化还原活性能够超过与接枝的芘主链的p-掺杂相关的法拉第容量，如对于芘、1-氨基芘和未还原的Pyr-NO2所观察到的。理论计算表明，Pyr-NO2的电荷转移和结合焓的能力，这是显着高于其他两个物种，并允许改进的p-堆叠在碳表面上。在20wt%接枝Pyr-NO2时，电极的容量从20 mAh g-1电极跳跃到38 mAh g-1电极，其对应于每质量Pyr-NO2 110 mAh g-1，并且平均电势增加200 mV。非常有趣的是，这种高性能还伴随着超过4000次循环的初始容量以及功率特性的出色保持，证明了采用本发明原位接枝技术的显著优点。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Vacancy Formation in Binary Transition Metal Carbides from Density Functional Theory
我们已经研究了在二元过渡金属（TM）碳化物中碳空位的形成趋势，使用密度泛函计算两种常见的TM碳化物晶体结构，即B1（岩盐）和WC结构类型。TM取自元素周期表的IV族（Ti、Zr、Hf）、V族（V、Nb、Ta）和VI族（Cr、Mo、W），以及来自III族的Sc。对于B1结构的TM碳化物，总的趋势是随着体系中价电子数的增加，更容易形成C空位。例外的是Sc C，其中C空位相当容易形成。同样清楚的是，C空位的形成取决于生长条件：对于富TM的条件，B1结构的碳化物将总是有利于C空位的形成。对于富C的条件，在Sc C、VC、NbC、CrC、MoC和WC中形成C空位在能量上有利。实验发现，大的C空位浓度在B1结构的TM碳化物和我们的计算是符合这些观察。事实上，TiC，ZrC，HfC和TaC是唯一的B1结构的TM碳化物，不自发地有利于C空位，然后仅用于富C条件。然而，由于生长TM碳化物时使用的高温，这些系统中可能仍然存在C空位。在WC结构的TM碳化物的情况下，无论生长条件如何，C空位的形成在能量上都不是有利的，这就是为什么这种结构仅被发现接近于一比一的金属与碳的比率的原因。...
2018-08-21 cond-mat.mtrl-sci
High-Ampacity Power Cables of Tightly-Packed and Aligned Carbon Nanotubes
我们通过测量其故障电流密度（FCD）和连续额定电流（CCR）值来表征高导电、轻且强的碳纳米管（CNT）纤维的载流能力（CCC）或载流量。我们表明，实验和理论上，这些纤维的CCC是由电流引起的焦耳加热和与周围环境的热交换之间的平衡。所测量的纤维的FCD值在10 $^7$至10 $^9$ A/m $^2$的范围内，并且通常高于先前报道的取向巴基纸、碳纤维和CNT纤维的值。据我们所知，这是首次报道CNT纤维的CCR。我们证明，具体的CCC（即，通过线性质量密度归一化）高于铜。
2014-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Conformal oxide coating of Carbon Nanotubes
铁电存储器的国际路线图要求到2010年将高介电材料三维集成到金属互连或底部电极上。我们报告的第一个集成的高介电氧化物薄膜到碳纳米管电极的超高集成密度的FeRAM（Tb/in2）的目的。
2007-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the conductance of single-walled carbon nanotubes by ion irradiation in the Anderson localization regime
碳纳米管是一维晶体的一个很好的实现，基础科学和潜在的纳米器件应用融合在一起。已知缺陷会改变碳纳米管的电阻。它们可以存在于生长的碳纳米管中，但是从外部控制它们的密度打开了一条通往调整纳米管电子特性的道路。在这项工作中，连续Ar+照射剂量施加到单壁纳米管（SWNT）产生均匀密度的缺陷。在每次剂量后，测量室温电阻与沿纳米管的SWNT长度[R（L）]的关系。我们的数据显示出指数依赖的R（L），表明该系统是在强安德森局域化制度。理论模拟表明，主要是双空位有助于由辐照引起的电阻增加，并且仅0.03%的双空位在400 nm的单壁碳纳米管长度的电阻中产生三个数量级的增加。
2005-11-23 cond-mat.mtrl-sci
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。
2008-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Correlated breakdown of carbon nanotubes in an ultra-high density aligned array
我们证明，在一个密集排列的单壁碳纳米管阵列，一个纳米管的故障导致相邻的纳米管的高度相关的故障，从而产生纳米裂缝。我们发现，相关的起源是破碎的纳米管的静电场，产生局部不均匀的电流和焦耳热分布在相邻的完整的纳米管触发其击穿附近的破碎的纳米管。我们的研究结果表明，密集排列的阵列的行为像一个相关的固体。
2011-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-density functionalized amorphous carbon nanofoam as binder-free Supercapacitor electrode
通过室温脉冲激光沉积法制备低密度非晶碳纳米泡沫及氮功能化衍生材料作为无粘结剂超级电容器电极，氮掺杂样品展现出更高的面电容、电容保持率及10000次循环98%的优异稳定性。
2025-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Very strong reduction of 1/f noise by Carbon doping in epitaxial Fe/MgO(100)12ML/Fe magnetic tunnel junctions with large density of barrier defects
本研究比较碳掺杂与未掺杂的高缺陷密度外延 Fe/MgO/Fe 磁性隧道结，发现碳通过调控缺陷弛豫、界面重构和界面共振态对称性显著抑制 1/f 噪声。
2012-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Band gap control of small bundles of carbon nanotubes using applied electric fields: A density functional theory study
在小的碳纳米管束中，碳纳米管之间的静电屏蔽导致由垂直于束轴的电场诱导的开关行为。利用第一性原理方法，我们研究了由两个或三个碳纳米管组成的束的电子结构以及垂直于束轴施加的电场的影响。所施加的场导致半导体束中的带隙闭合，而间隙开口发生在金属束中，这使得束电导率能够进行相当大的调制。调制效应源于相邻管壁之间的静电屏蔽引起的对称性破缺。
2010-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Correlation effects for semiconducting single wall carbon nanotube: a density matrix renormalization group study
本文报道了密度矩阵重整化群（DMRG）方法对圆柱形单壁碳纳米管（SWCN）关联效应的适用性。将DMRG方法应用于$t$ + $U$ + $V$模型，$t$和$V$分别为最近邻点间的跳跃能和库仑能，$U$为现场库仑能，计算了具有手征数（$n_{1}=3, n_{2}=2$）的SWCN的相图，反映了相关能$U$和$V$之间的竞争.在合理的参数范围内，我们调查可能的相关基态，最低的激发和相应的关联函数，其中与激子绝缘体的连接是特别解决。
2006-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Geometrical structure effect on localization length of carbon nanotubes
在紧束缚近似下计算了碳纳米管的局域化长度和态密度。通过与方形晶格管的相应结果进行比较，发现六边形结构对碳纳米管的态密度和局域长度行为有很大影响。
2005-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural characterization of carbon nanotubes via the vibrational density of states
碳纳米管的电学和化学性质随着不同的手性和直径而显著变化，使得这些结构性质的实验测定变得重要。在这里，我们表明，振动态密度（VDOS）包含碳纳米管的结构，特别是在低频率的信息。我们发现，纳米管的直径和手性可以确定的特征低频$L$和$L'$模式中的VDOS。对于锯齿形纳米管，$L$峰分裂成两个峰，产生另一个低能$L"$峰。这些峰的频率和相对强度的显著变化开辟了一条区分结构不同的纳米管的途径。对具有不同缺陷密度的Stone-Wales缺陷的不同取向的仔细研究表明，不同的结构缺陷也在VDOS中留下不同的指纹，特别是在$L$和$L'$模式中。利用我们的结果，可以从直接测量VDOS的实验中获得更多的结构信息，如非弹性电子和非弹性中子谱。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The self-consistent charge density functional tight-binding (DFTB) theory study of carbon adatoms using tuned Hubbard U parameters
Institute of Atomic and Molecular Physics, Jilin University（吉林大学原子与分子物理研究所）；Jilin Provincial Key Laboratory of Applied Atomic and Molecular Spectroscopy (Jilin University)（吉林大学应用原子分子光谱学吉林省重点实验室）
本研究采用两种DFTB+U方法调节Hubbard U参数，分析C61的电子结构，发现两种方法均能降低缺陷碳占据态轨道能量、提升HOMO-LUMO能隙，为碳材料DFTB计算提供方法参考。
2016-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Negative Quantum Capacitance of Carbon Nanotube Field-Effect Transistors
用原子密度泛函理论计算了金属圆柱栅与碳纳米管之间的电容。结果强调量子电容在限制甚至增强CNT的屏蔽性能的主导作用。指出了电子态密度（DOS）以外的其它对量子电容的贡献。负值的量子电容得到低密度系统，相应地过屏蔽的门场。量子电容的这种非常规行为与交换贡献在CNT的总电子能量中的主导地位有关。
2004-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accuracy of Density Functional Theory in Prediction of Carbon Dioxide Adsorbent Materials
我们已经进行了一个彻底的计算研究，以评估的准确性的密度泛函理论（DFT）方法在描述的CO2与模型碱土金属（AEM，钙和锂）装饰的碳结构，即蒽（C14 H10）分子的相互作用。我们发现，气体吸附能和平衡结构的结果与标准（即LDA和GGA）和混合（即PBE 0和B3 LYP）交换相关泛函的DFT得到的结果显着不同的二阶Moller-Plesset微扰理论（MP2），一个准确的计算量子化学方法。发现的主要分歧主要可以合理化的电子相关误差，导致不准确的电荷转移和分子之间的静电库仑相互作用。有趣的是，我们发现，当蒽中AEM原子的浓度被调整为尽可能接近AEM修饰的石墨烯的电子结构时，混合交换相关DFT和MP2方法提供了定量相似的结果。我们讨论了我们的工作在建模和表征目前寻求碳捕获和封存材料的影响。
2013-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Anderson localization in carbon nanotubes: defect density and temperature effects
采用第一性原理方法分析了辐照诱导缺陷和温度对单壁（10，10）碳纳米管导电性能的影响。我们发现，双空位修改强烈的差分电导的能量依赖性，也减少了贡献通道的数量从两个（理想）到一个。少量的双空位（5-9个）引起强烈的安德森局域化效应，电阻随缺陷数的变化曲线具有普遍性。它还表明，低的温度，约15-65 K，是足够的平滑的电导波动，而不破坏作为管长的函数的电阻率的指数依赖性。
2005-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A parameter-free statistical model for two-dimensional carbon nanostructures
该研究结合八隅体规则提出无参数统计模型，通过解除碳纳米结构能量简并，无需外部参数即可精确预测键合能、电子密度及电子结构，为多维度电子性质研究提供新途径。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The application of spectrum standardization method for carbon analysis in coal using laser-induced breakdown spectroscopy
激光诱导击穿光谱法（LIBS）测量煤中碳含量的精度和准确度较低，限制了其应用。为了使激光诱导背散射光谱法定量分析煤中碳含量的结果准确、重现性好，提出了一种光谱标准化方法。该方法利用分子碳发射来补偿基体效应引起的原子碳发射的减少。补偿后的碳谱线强度被进一步转换成具有固定的等离子体温度、电子密度和元素碳的总数密度的假定标准状态，元素碳的总数密度与其在煤样品中的浓度成比例。此外，为了更好地补偿总碳数密度波动，采用了迭代算法，这与我们以前的标准化计算不同。将改进的光谱标准化模型应用于24个烟煤样品中碳含量的测定。结果表明，该方法具有优越的性能比一般应用的归一化方法。改进模型的平均相对标准偏差、决定系数、预测均方根误差和平均最大相对误差分别为3.44%、0.83%、2.71%和12.61%，而用片段谱面积归一化的平均相对标准偏差、决定系数、预测均方根误差和平均最大相对误差分别为6.00%、0.75%、3.77%和15.40%。分别显示出压倒性的改善。
2014-02-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
