Terahertz detection mechanism and contact capacitance of individual metallic single-walled carbon nanotubes
我们表征了天线耦合金属单壁碳纳米管的太赫兹探测机制。在低温下，4.2 K，在零偏置电流下观察到的低频微分电阻的峰值，由于非欧姆接触。这种电接触非线性引起测量的太赫兹响应。通过将每个纳米管接触建模为与电容器并联的非线性电阻器，我们确定了接触电容值的上限，该值小于先前的实验估计。这种接触电容的小幅度对于在高频器件应用中使用碳纳米管具有有利的影响。
2012-03-28 cond-mat.mes-hall
Generation of Terahertz Radiation by Wave Mixing in Zigzag Carbon Nanotubes
利用半经典玻尔兹曼方程，计算了两个频率相当的相干电磁波在未掺杂锯齿形碳纳米管中的混频直流电流。这种效应归因于碳纳米管中电子能带的非抛物线性，这在碳纳米管中非常强。我们观察到电流是负的，类似于在超晶格中观察到的电流。然而，如果相移位于和之间，则存在反转，并且电流变为正。有趣的是，注意到表现出负微分电导率，正如对通过碳纳米管的直流电所预期的那样。该方法可用于在碳纳米管中产生太赫兹辐射。它也可用于测定碳纳米管中电子的弛豫时间
2010-02-17 cond-mat.mes-hall
Metallic Carbon Nanotube Quantum Dots with Broken Symmetries as a Platform for Tunable Terahertz Detection
由于缺乏有效的源和检测器，在所谓的太赫兹间隙（$0.1 - 10$ THz）的技术相关范围内产生和检测辐射是具有挑战性的。碳纳米管中的量子点在构建灵敏的太赫兹探测器方面显示出巨大的潜力，这些探测器通常基于光子辅助隧穿。最近报道的机制相结合的共振量子点跃迁和隧穿势垒的不对称性的结果在一个窄线宽的光电流响应与大的信噪比下弱太赫兹辐射。该器件对一个频率敏感，对应于等距量子化状态之间的转换。在这项工作中，我们表明，使用数值与扫描隧道光谱研究的缺陷引起的金属锯齿形单壁碳纳米管量子点，同时打破各种对称性的任意手性的金属纳米管量子点强烈放宽电偶极子近似的选择规则，并消除能量简并。对于$\sim$ 10 nm量子点，这导致更丰富的允许光学跃迁集合，其跨越从1 THz到几十THz的频率。基于这些发现，我们提出了一个太赫兹探测器设备的基础上，金属单壁碳纳米管量子点定义的人工缺陷。根据其长度和接触透明度，操作制度的范围从高分辨率门可调太赫兹传感器到宽带太赫兹检测器。我们的计算表明，该设备在很大程度上不受高达100 K的温度的影响，这使得对称性被破坏的碳纳米管量子点成为设计可在液氮温度下工作的可调谐太赫兹探测器的有希望的平台。
2021-05-14 cond-mat.mes-hall
Generation of Terahertz Radiation by Wave Mixing in Armchair Carbon Nanotubes
利用半经典Boltzmann方程，理论上研究了在无掺杂的扶手椅型碳纳米管（CN）中，通过将两个频率相同的相干电磁波（ω和2 ω）混频产生直流电的效应。我们将扶手椅的结果与相同条件下的锯齿形碳纳米管的结果进行了比较（即，当归一化电流相对于振幅作图时）。除了锯齿形电流峰值的绝对值约为扶手椅电流峰值的1.1倍外，它们在数量上是一致的。我们注意到，电流为负值，类似于在锯齿形氯化萘中观察到的电流，说明了相同的效果。然而，有趣的是，注意到归一化电流对Ω τ的曲线图显示扶手椅比锯齿形大约1.1倍，这是相反的。我们还观察到，当相移θ位于π除以2和3 π除以2之间时，存在反转并且电流变为正。我们建议使用这种方法的产生太赫兹辐射，也用于测定碳纳米管中的电子的弛豫时间。
2010-05-17 cond-mat.mes-hall
Collective Antenna Effects in the Terahertz and Infrared Response of Highly Aligned Carbon Nanotube Arrays
我们利用偏振太赫兹和红外透射光谱研究了宏观排列的均匀长度的单壁碳纳米管阵列。极化各向异性在小于$\sim$ 3 THz的频率处是极端的，当极化垂直于排列方向时没有衰减的迹象。平行和垂直偏振的衰减随频率增加而增加，在平行情况下在10 THz附近表现出明显且宽的峰值。我们考虑到辐射散射和吸收损失的样品的电磁响应模型。我们表明，我们的样品作为一个有效的天线，由于高度的对齐，表现出更大的辐射散射比吸收在中/远红外范围。我们计算的衰减谱清楚地显示出与实验一致的在$\sim$ 10 THz处的非Drude峰。
2013-01-08 cond-mat.mes-hall
Terahertz Science and Technology of Carbon Nanomaterials
太赫兹辐射的多样应用及其对基础科学的重要性使得寻找产生、操纵和检测太赫兹辐射的方法成为现代应用物理的关键领域之一。一种方法是利用碳纳米材料，特别是单壁碳纳米管和石墨烯。它们新颖的光学和电学性质为太赫兹科学技术领域提供了广阔的前景。本文介绍了碳纳米管和石墨烯的太赫兹科学技术的过去、现在和未来。我们将回顾太赫兹动态电导率，太赫兹非线性和超快载波动力学等基础研究，以及太赫兹应用，如太赫兹源，探测器，调制器，天线和偏振器。
2013-11-23 cond-mat.mes-hall
Influence of nanotube length and density on the plasmonic terahertz response of single-walled carbon nanotubes
我们在频率0.3-1000 THz和温度10-530 K范围内测量了由不同平均长度的成束单壁碳纳米管（CNTs）组成的薄膜的电导率谱。所观察到的温度引起的太赫兹电导率谱的变化强烈依赖于平均CNT长度，与1太赫兹左右的电导率增加/减少，随着温度的增加，短/长管。这种行为起源于电子散射速率的温度依赖性，我们从10 $μ$ m长度的CNT在0.3-2 THz范围内测得的电导率的Drude拟合中获得。这种随温度增加的散射率导致随后在较高温度下观察到的THz电导率峰的加宽，以及随着CNT长度的增加而向较低频率的偏移。最后，我们表明，电导率随温度的变化不仅取决于管的长度，但也随管的密度。我们记录的有效电导率的复合膜，包括WS $_2$纳米管和CNT的混合物与CNT密度的范围内的频率在0.3-1太赫兹，发现电导率增加/降低为低/高密度膜的温度升高。这种效应是由于复合膜中导电路径的有效长度的密度依赖性而产生的，这再次导致太赫兹电导率峰的移位和温度依赖性加宽。
2017-10-21 cond-mat.mes-hall
Terahertz response of carbon nanotube transistors
本文提出了一种基于自洽非平衡格林函数的含时量子输运方法。该技术被应用到弹道碳纳米管晶体管的存在下，在栅极的时间谐波信号。在ON状态下，动态电导在太赫兹频率处表现出等离子体共振峰。这些在OFF状态下消失，动态电导显示出平滑的振荡，这是单粒子量子效应的特征。我们发现，纳米管的动力学电感起着至关重要的作用，在高频行为。
2009-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sign inversion in the terahertz photoconductivity of single-walled carbon nanotube films
近年来，关于单壁碳纳米管（CNT）薄膜的超快光电导响应的报道相互矛盾，这些薄膜显然表现出甚至可以在符号上不同的光电导性。在这里，我们明确地观察到，太赫兹光电导的碳纳米管薄膜是一个高度可变的量与碳纳米管的长度，而手性分布的影响很小。此外，通过比较光诱导的太赫兹电导率的变化与热诱导的变化，我们表明，这两种情况主要是由于热产生的Drude电子弛豫速率的修改，导致在有限长度的金属和掺杂的半导体碳纳米管中存在的等离子体共振的加宽。这阐明了CNT膜的光响应的性质，并证明了当考虑将它们应用于光电子器件中时，需要仔细考虑CNT的几何形状，特别是长度。
2018-04-30 cond-mat.mes-hall
Absorption Cross-Section and Near-Field Enhancement in Finite-Length Carbon Nanotubes in the Terahertz-to-Optical Range
从理论上研究了单壁有限长碳纳米管在太赫兹到可见光的较宽频率范围内的电磁特性-吸收截面和近区场增强。分析是基于阻抗型有效边界条件和积分方程技术。与实验结果进行比较，允许在实验中观察到的低频（远红外和太赫兹）吸收带的定性物理解释。讨论了碳纳米管用于活细胞红外光热的潜力。强的局部场增强被预测为固有的金属碳纳米管在近场区提供必要的机制，远红外和太赫兹近场光学。
2008-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Probing Carrier Dynamics in sp$^{3}$-Functionalized Single-Walled Carbon Nanotubes with Time-Resolved Terahertz Spectroscopy
通过在半导体单壁碳纳米管中引入共价键sp $^{3}$缺陷，可以使半导体单壁碳纳米管中的激子局域化，并产生红移的近红外发光。这些功能化的单壁碳纳米管的单光子发射特性使它们成为电驱动量子光源的有趣候选者。然而，sp $^{3}$缺陷对碳纳米管中载流子动力学和电荷输运的影响仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们使用超快，时间分辨的光泵太赫兹探测光谱作为一个直接和定量的技术，调查的微观和温度依赖性的电荷传输特性的原始和功能化（6，5）单壁碳纳米管的分散体和薄膜。我们发现sp $^{3}$官能化增加了载流子散射，从而降低了纳米管内载流子迁移率。结合单壁碳纳米管网络场效应晶体管的电测量，这些数据使我们能够区分内纳米管能带传输，sp $^{3}$缺陷散射和纳米管间载流子跳跃的纳米管网络的整体电荷传输特性的贡献。
2022-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Terahertz frequency selective surfaces using heterostructures based on two-dimensional diffraction grating of single-walled carbon nanotubes
对于长度为1-50 nm的单壁碳纳米管（SWCNT），表面等离子体激元-极化激元（SPP）共振在太赫兹频率范围内，因此，SWCNT晶格可用于设计频率选择表面（FSS）。电磁波在二维周期性单壁碳纳米管晶格上衍射的数值模型可以用关于沿单壁碳纳米管的表面电流的二阶积分微分方程来描述。该方程可以用Bubnov-Galerkin方法求解。数值研究了自由表面结构在SPP谐振附近反射和透射电磁波的频率特性。它示出的谐振是在太赫兹范围内的较低频率的一部分。此外，我们估计一个单独的单壁碳纳米管的弛豫频率，并证明了适用性的Kubo公式的石墨烯导电性阵列的大小类似的单壁碳纳米管考虑中的条带。
2022-03-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Two-dimensional plasmons in lateral carbon nanotube network structures and their effect on the terahertz radiation detection
我们考虑的载流子输运和等离子体激元现象的横向碳纳米管（CNT）网络形成的设备通道与非对称电极。一个电极是到CNT网络的欧姆接触，另一个接触是肖特基接触。这些结构可以作为太赫兹（THz）辐射的探测器。我们开发的横向碳纳米管网络，其中包括随机取向的半导体碳纳米管（s-CNTs）和准金属碳纳米管（m-CNTs）的混合物的响应的设备模型。该模型包括二维等离子体激元的概念，在相对密集的网络随机取向的碳纳米管（CNT“毡”），并预测检测器的响应光谱特性。检测机制是由于肖特基接触电流-电压特性的非线性在与等离子体激元激发相关联的该接触处的电位降的强烈增强的条件下的AC电流的整流。我们表明，通过输入太赫兹辐射的二维等离子体激元的激发，探测器响应度可以在与等离子体激元共振相对应的信号频率处引起探测器响应度的尖锐共振峰。检测器响应度取决于s-和m-CNT的分数。燃烧的近接触区域的m-CNTs或破坏这些CNT导致显着增加的响应度与我们的实验数据一致。具有足够密集的横向CNT网络的共振THz探测器可以在室温下使用等离子体效应竞争并超过其他THz探测器。
2016-02-17 cond-mat.mes-hall
Ultrafast terahertz probes of interacting dark excitons in chirality-specific semiconducting single-walled carbon nanotubes
超快太赫兹光谱通过内部直接偶极允许的最低暗-亮对状态$\sim$ 6 meV之间的跃迁访问共振激发（6，5）SWNT中的{\em暗}激子基态。一个分析模型再现的响应，使瞬态密度的暗激子和{\em e-h}等离子体，振子强度，跃迁能量重整化和动力学的定量分析。%激发诱导重整化。非平衡的，但稳定的，准一维量子态与暗激子相关迅速出现，即使增加非共振光激发，并经历一个独特的交叉复杂的相空间填充%的复杂分布之间的暗和亮对状态，不同的致密的2D/3D激子的影响的热化，冷却和电离的自由载流子。
2015-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ultrafast opto-mechanical terahertz modulators based on stretchable carbon nanotube thin films
对于太赫兹（THz）波的应用，可调谐和快速调制是非常重要的。利用光泵浦太赫兹探测光谱技术研究了单壁碳纳米管（SWCNTs）薄膜的超快载流子复合寿命，在光激发下，其信号具有很高的相对变化，使其成为高速调制器的理想候选材料。在这里，单壁碳纳米管薄膜和可拉伸基板的组合促进了应变下的单壁碳纳米管的机械性能的研究，并使一种新型的光机械调制器的发展。通过对SWCNT膜施加一定的应变，可以微调有效的片电导和调制深度，以优化设计的调制器。由于单壁碳纳米管网络的结构修饰，调制器在应变下表现出3-4个数量级的光电导变化。拉伸用于控制THz信号，在没有应变的情况下调制深度为100%左右，在40%的高应变操作下调制深度为65%。调制器对光束偏振的敏感性也被示出，这也可能对可拉伸偏振器的设计派上用场。我们的研究结果为基于单壁碳纳米管薄膜的高灵敏度可拉伸器件的设计提供了基础。
2022-11-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Negative Differential Conductivity in Carbon Nanotubes in the Presence of an External Electric Field
利用玻尔兹曼方程，从理论上研究了外加电场E（t）对碳纳米管中电子输运性质的影响。推导出电流密度方程。当ωτ<<1（准静态情况）时，微分电导率为负。我们在恒定电场E_o等于交流电场E_1的幅值且峰值随E_1的增大而减小的附近观察到这种现象。这种现象也可以用于产生太赫兹辐射而没有电流不稳定性。
2011-01-28 cond-mat.mes-hall
Bolometric and non-bolometric radio frequency detection in a metallic single-walled carbon nanotube
我们表征射频检测在一个高品质的金属单壁碳纳米管。在77 K的浴温下，只能看到测辐射热（热）检测。在4.2 K的浴温和低偏置电流下，响应是由于非欧姆接触的电非线性。在较高的偏置电流，接触恢复欧姆行为和观察到的响应与计算的热响应。预计在太赫兹频率下工作的热辐射响应，我们讨论了一些与开发基于碳纳米管的高频探测器相关的实际问题。
2011-05-03 cond-mat.mes-hall
Terahertz Dynamics of Quantum-Confined Electrons in Carbon Nanomaterials
低维碳纳米结构，如单壁碳纳米管（SWCNT）和石墨烯，为太赫兹科学和技术提供了新的机会。金属单壁碳纳米管和石墨烯是具有线性、类光子能量色散的零能隙系统，表现出各种非凡的性质。在过去的十年中，它们的直流和线性电气特性已被广泛研究，但它们不寻常的有限频率、非线性和/或非平衡特性在很大程度上尚未被探索，尽管预计它们对新的太赫兹设备应用很有用。太赫兹动态电导率测量使我们能够探测这种光子类电子或无质量狄拉克费米子的动力学。在这里，我们使用太赫兹时域光谱和傅里叶变换红外光谱研究太赫兹电导率的一维和二维电子，分别在高度对齐的单壁碳纳米管和门控大面积石墨烯的薄膜。在单壁碳纳米管，我们观察到非常各向异性的太赫兹电导率，太赫兹偏振器的应用前景。在石墨烯中，我们证明了太赫兹和红外特性敏感地随着费米能量而变化，这可以通过电子门控和热退火来控制。
2012-05-28 cond-mat.mes-hall
Behaviour of hot electrons under the dc field in chiral carbon nanotubes
从理论上研究了碳纳米管中超热电子在直流电场作用下的行为。通过求解玻尔兹曼输运方程和热电子源的存在，半经典地进行了研究，以获得电流密度。归一化的轴向电流密度与电场强度的手性碳纳米管的曲线图显示负微分电导率（NDC）。与非手性CNT不同，NDC发生在手性CNT的约$\mathrm{6\ kV/cm}$的低场。我们进一步观察到，从NDC到PDC的开关发生在手性碳纳米管比非手性对应物更低的直流电场下。因此，对于手性CNT，在低电场下发生通常与NDC和太赫兹辐射的潜在产生相关联的不想要的畴不稳定性的抑制。
2016-10-07 cond-mat.mes-hall
Direct and Heterodyne Detection of Microwaves in a Metallic Single Wall Carbon Nanotube
这封信报告测量微波（高达4.5 GHz）检测金属单壁碳纳米管。在77 K下测得的电压响应度为114 V/W。我们还演示了外差检测在1 GHz。基于标准微波检测器理论和DC IV曲线的非线性，可以解释检测机制。我们讨论了这种非线性的可能原因。虽然在这种测量中的电路寄生效应的频率响应是有限的，我们讨论的证据表明，效果要快得多，碳纳米管作为太赫兹探测器的应用是可行的。
2006-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Coherent Phonons in Carbon Nanotubes and Graphene
本文综述了单壁碳纳米管和石墨烯中径向呼吸模和G模相干声子的研究进展。由于带隙-直径关系，RBM-CP在SWCNT中引起带隙振荡，从而在太赫兹频率下调制带间跃迁。带间共振增强CP信号，允许手性确定。使用脉冲整形，人们可以选择性地激发特定的！c-手性SWCNT在系综内。G模式CP通过与RBM声子的相互作用表现出温度依赖的退相。我们的微观理论推导出一个驱动振子方程与密度依赖的驱动项，正确地预测CP的趋势内和之间的（2n+m）的家庭。我们还发现，直径最初可以增加或减少。最后，我们从理论上研究了石墨烯纳米带中的类径向呼吸模式。对于吸收边附近的激发，锯齿形纳米带的驱动项要大得多。我们还解释了如何扶手椅纳米尺度的宽度变化响应于激光激发。
2012-05-28 cond-mat.mes-hall
Theory of intraband plasmons in doped carbon nanotubes: rolled surface-plasmons of graphene
单壁碳纳米管具有两种不同类型的等离子体激元，由方位角和轴向方向的波数指定。人们已经研究了由带间跃迁引起的方位等离子体激元，而电荷掺杂的影响尚不清楚。在本文中，我们表明，当纳米管是重掺杂，带内跃迁导致的方位角等离子体出现在近红外区域的吸收光谱，这是不存在的光掺杂由于屏蔽效应的等离子体共振。纳米管的圆柱形波导结构中固有的轴向等离子体激元解释了在太赫兹区域中观察到的金属纳米管的吸收峰。轴向（方位角）等离子体激元的激发需要平行（垂直）于管轴的线性偏振光。
2016-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical and Terahertz Response of Carbon Nanostructures
在过去的三十年左右，我们见证了碳基纳米材料的研究和技术取得了非凡的进展。在这些特殊的亮点中，有富勒烯、碳纳米管和华丽的简单透明胶带剥离石墨烯的发现。这些不同的同素异形体形式的纳米碳的独特的物理化学性质在许多科学和技术领域开辟了广阔的应用前景，特别强调光电子学和光子学。许多这些应用的先决条件是一个透彻的理解的性质的基本和耦合的激励，也涉及到他们的各种动力学过程。在这里，我们提出了最近的兴奋与碳纳米结构，特别是量子点，纳米管和石墨烯的概述。我们讨论了他们的一些非常有趣的性质，通过光学和太赫兹光谱工具。在光学频率下，发光特性，非线性和超快响应已被提出，而低能响应已被认为是通过使用THz时域光谱获得的研究。最后，我们总结了碳纳米系统物理学在实际应用中的一些未来展望。
2021-04-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Hot electrons injection in carbon nanotubes under the influence of quasi-static ac-field
考虑了碳纳米管中的热电子注入，其中除了外加直流场（$\mathbf{E}$）之外，还同时存在准静态交流电场（即，当交流场的频率$ω$远小于散射频率$v$（$ω\ll v$或$ωτ\ll 1$，$v =τ^{-1}$，其中$τ$是弛豫时间）时）。理论上，通过求解半经典玻尔兹曼输运方程，在有和没有热电子源的情况下得到电流密度。在存在和不存在热电子的情况下，归一化电流密度与沿CNT的轴施加的直流场（$\mathbf{E}$）的关系图显示了最初的欧姆电导率和最终的负微分电导率（NDC），提供了$ωτ\ll 1$（即准静态情况）。当热电子轴向注入足够强时，锯齿形碳纳米管和扶手椅形碳纳米管分别在$\mathbf{E} \geq 75 kV/cm$和$\mathbf{E} \geq 140 kV/cm$附近出现了从NDC到正微分电导（PDC）的转变.因此，NDC区域的最重要的难题是空间电荷不稳定性可以被抑制，由于从NDC行为到PDC行为的切换，预测了太赫兹辐射的潜在产生，其应用在当今的技术，工业和研究中是相关的。
2015-10-23 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Active Water Pump Driven by Terahertz Electromagnetic Field
如何高效、易实施、远距离、无损地实现主动泵送，仍然是一个很大的挑战。本文采用分子动力学模拟，首次在无外压梯度的条件下，利用太赫兹电磁波（TEW）在（6，6）单壁碳纳米管（SWCNT）中偏压辐照，激发出一个主动泵，用于水的传输.发现在特征频率为14 THz附近，通过抽运产生超快电导率（高达9.5 /ns）。这种优异的抽运能力归因于TEW与水分子之间的共振耦合，水分子可以持续获得可观的能量，从而打破氢键的束缚和空间对称性。这种提出的TEW驱动泵概念将为极性分子通过人工或生物纳米通道的运输提供指导，特别是在可控，非接触和大规模的过程中。
2021-11-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Light-induced quantum friction of carbon nanotubes in water
研究通过功率依赖扩散、化学调控、THz光谱和模拟，证明近红外荧光SWCNTs中的激子可向水氢键网络耗散能量并产生光诱导量子摩擦。
2025-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
