Vibrational modes and low-temperature thermal properties of graphene and carbon nanotubes: A minimal force-constant model
我们提出了一个描述sp2杂化碳网络晶格动力学的唯象力常数模型。在这个模型方法中，我们引入了一组新的参数来计算声子色散的石墨烯拟合从头色散。碳纳米管的振动模式通过折叠石墨烯的2D色散并对低频模式应用特殊校正来获得。特别注意的是精确的色散规律的声学模式，它决定了低频的热性能和揭示量子尺寸效应的碳纳米管。在声子谱的基础上，我们计算了几种不同直径的非手性纳米管的比热和热导。通过比热随温度的变化，我们证明了碳纳米管的声子谱具有一维行为，并且声子子带在低温下是量子化的。因此，我们证明了量子化的声子热导的分析的基础上的热输运的朗道理论。
2008-06-17 cond-mat.mes-hall
Hidden vibrational bistability revealed by intrinsic fluctuations of a carbon nanotube
本文证明在时不变驱动的碳纳米管中，安静态与大幅自激振荡可共存，该隐藏双稳态通过系统涨落引发的泊松随机切换得以揭示，并提出极简模型将其归因于非线性摩擦随振幅的非单调变化，具有普适意义。
2025-04-30 cond-mat.mes-hall
Control of vibrational states by spin-polarized transport in a carbon nanotube resonator
我们研究了悬浮碳纳米管量子点与两个铁磁引线接触时的自旋相关输运，量子点的自旋耦合到弯曲力学模式。自旋-振动相互作用在量子点的两个能级之间引起自旋翻转过程。这种相互作用源于自旋-轨道耦合或磁场梯度。非弹性振动辅助自旋翻转引起的机械阻尼，并为施加的偏置电压，到一个稳定的非平衡占据的谐振子。我们分析了这些影响的功能的点的能级分离和磁极化的线索。依赖于磁结构和偏置电压的极性，我们可以强烈地冷却一个单模或泵能量到它。在后一种情况下，我们发现，在我们的近似下，系统最终接近一个政权的机械不稳定。此外，由于电子输运的自旋取向的敏感性，我们发现的电流-电压特性的纳米机械运动的签名。因此，振动状态可以在输运测量中读出。
2015-03-01 cond-mat.mes-hall
Capacitive Spring Softening in Single-Walled Carbon Nanotube Nanoelectromechanical Resonators
我们报道了在单壁碳纳米管（SWNT）纳机电（NEM）谐振器中观察到的电容性弹簧软化效应。纳米管谐振器采用双栅结构，底栅和侧栅都可以通过电容耦合调谐谐振频率。有趣的是，随着侧栅电压的增加，观察到向下的谐振频率偏移，这可以归因于弹性常数的电容软化。此外，平面内振动模式比平面外模式表现出更强的弹簧软化效应。我们的双栅极设计应该能够区分这两种类型的振动模式，并开辟了新的可能性，非线性操作的纳米管谐振器。
2010-10-28 cond-mat.mes-hall
Vibrational heat capacity of carbon nanotubes in low and ultra-low temperature regions
我们建立了单壁碳纳米管（SWCNTs）与环境弱相互作用的低频动力学连续理论。在所提出的方法的框架下，我们得到了在低温（T<40 K）和超低温（T<2.5 K）范围内的单壁碳纳米管比热随温度的变化关系。我们考虑到在单壁碳纳米管和环境之间的耦合，稍微增加了那些单壁碳纳米管模式，其中主要具有径向偏振的频率的主要条款。这种耦合大大降低了最低频率区域的声子态密度。理论上预测的比热在T<2.5 K的区间内的下降，与前面的方法相比，正确地解释了现有的实验数据。提出的理论可以为许多其他单壁和多壁管状结构（氮化硼，过渡金属二硫属化物），在过去的十年中出现的低温热容量和声子动力学的研究的基础。
2014-09-03 cond-mat.mes-hall
Vibrational effects in the linear conductance of carbon nanotubes
本文采用密度泛函方法研究了结构晶格涨落对单壁碳纳米管中弹性电子输运的影响。在线性响应机制中，通过畸变晶格上的构型平均来计算线性电导。从冻结声子的方法，以及从分子动力学模拟得到的结果进行了比较。我们进一步建议，结构波动的影响，可以定性地捕获的安德森模型与键无序。个别振动模式的电子输运的影响进行了讨论，以及零点波动的作用。
2005-05-24 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
Electrical generation and absorption of phonons in carbon nanotubes
离散的振动自由度和电子自由度之间的相互作用直接影响分子系统的化学和物理性质。这种耦合通常通过光学方法如荧光、吸收和拉曼光谱来研究。分子电子器件为在单分子水平上研究振动-电子相互作用提供了新的机会。例如，从扫描隧道显微镜尖端注入金属的电子可以激发尖端和金属之间间隙中的分子的振动激发。在这里，我们展示了如何将电流直接注入到自由悬浮的单个单壁碳纳米管中，以激发，检测和控制分子的特定振动模式。电子非弹性隧穿进入纳米管导致径向呼吸模式的非平衡占据，导致连续电子隧穿事件引起声子的受激发射和吸收。我们利用这种效应来测量声子寿命的顺序为10纳秒，对应的品质因数远远超过10000这个纳米机械振荡器。
2005-01-21 cond-mat.mes-hall
Ultrafast vibrational motion of carbon nanotubes in different pH environments
我们利用飞秒泵浦-探测脉冲拉曼技术研究了胶束悬浮单壁碳纳米管（SWNTs）在不同pH环境中的超快动力学行为。径向呼吸模式（RBM）的相干声子谱的结构表现出显著的pH依赖性，我们将其归因于单壁碳纳米管表面的质子化效应，从而导致半导体单壁碳纳米管的电子性质发生改变.使用时间-频率变换的时域数据的分析也揭示了第二瞬态纵向呼吸模式，其在1 ps的光激发后消失。
2010-11-16 cond-mat.mes-hall physics.med-ph
Real-time measurement of nanotube resonator fluctuations in an electron microscope
基于低维材料的机械谐振器为探索广泛的物理现象提供了一个独特的平台。机械振动态确实对电荷、自旋、光子和吸附质量极其敏感。然而，路障通常是谐振器的读出，因为对于较小的谐振器，振动状态的检测变得越来越困难。在这里，我们报告了一种前所未有的灵敏度的方法来检测有效质量在10^-20公斤范围内的纳米管谐振器。我们首次使用电子显微镜的光束来实时解析纳米管的机械波动。我们获得充分的访问热驱动的布朗运动的谐振器，在空间和时间域。我们的研究结果确立了碳纳米管谐振器技术在室温下的可行性，并为观察纳米力学中新的热力学机制和量子效应铺平了道路。
2016-11-27 cond-mat.mes-hall
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
Selection rules for Raman-active electronic excitations in carbon nanotubes
碳同素异形体中的拉曼测量通常与振动模式的探索相关联。在这里，我们提出了一个理论的非共振非弹性光散射伴随着激发的子带间电子-空穴对在碳纳米管和预测的选择规则和偏振特性的主导子带间拉曼活性模式。
2011-11-06 cond-mat.mes-hall
Revealing Sub-Surface Vibrational Modes by Atom-Resolved Damping Force Spectroscopy
我们建议使用动态原子力显微镜中的振荡悬臂梁的阻尼信号作为一种非侵入性的工具来研究衬底的振动结构。我们提出了原子解析的碳纳米管peapods中的阻尼图，能够识别封闭的Dy@C82分子的位置和包装以及不同直径的纳米管内部的振动模式的局部激发。我们阐明了阻尼的微观模型中的物理起源，并提供定量解释的观察通过计算的振动光谱和阻尼的Dy@C82内的纳米管具有不同的直径使用从头算总能量和分子动力学计算。
2009-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Moiré-induced Vibrational Coupling in Double Walled Carbon Nanotubes
莫尔条纹是在扭曲的晶体双层中附加的长程周期性。已知它们从根本上改变了层的电子状态，但到目前为止还没有讨论过对它们的机械和振动特性的类似影响。在这里，我们表明，莫尔电位的径向呼吸模式在双壁碳纳米管（DWCNT）的移动。频率的变化预期与由莫尔图案引起的光学跃迁能量的偏移成比例。为了验证我们的模型，我们进行了共振拉曼散射纯化和分类的半导体DWCNTs。我们发现，径向呼吸模式转移高达14厘米$^{-1}$高的能量，其次是光学跃迁能量位移高达200毫电子伏，以降低能量，相比，单壁管。我们展示了如何确定强耦合条件DWCNTs从他们的声子频率和构建Kataura图，以帮助他们未来的实验任务。
2021-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Four-dimensional Vibrational Spectroscopy for Nanoscale Mapping of Phonon Dispersion in BN Nanotubes
直接测量单个纳米结构中的局部声子色散可以极大地促进我们对其电学、热学和力学性质的理解。然而，这样的实验测量需要极高的探测灵敏度和组合的空间，能量和动量分辨率，因此一直是难以捉摸的。在这里，我们开发了一种基于单色扫描透射电子显微镜（STEM）的四维电子能量损失谱（4D-EELS）技术，并提出了在单个氮化硼纳米管（BNNT）的位置依赖的声子色散测量。我们的测量结果表明，多壁BNNT晶体的非折叠声子色散与六方氮化硼（h-BN）晶体接近，表明层间耦合和弯曲的几何形状对声子色散没有实质性的影响。我们还发现，声学声子是非常敏感的动量相关的缺陷散射，而光学声子是不太敏感。这项工作不仅提供了有益的见解BNNT的振动特性，但也展示了发展的4D-EELS技术在纳米声子色散测量的巨大前景。
2020-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
How many Raman-active vibrations do exist in carbon nanotubes?
本文给出了非手性$(n,n)$和$(n,0)$碳纳米管（CNTs）的喇曼激活模的计算结果。在布里渊区的$Γ$点处，得到了相应的动力学矩阵的本征值.对角分量和$α_{xy} (=α_{yx})$是偏振张量的唯一非零分量。拉曼活性模式的选择规则是由负责相应的振动跃迁的强度的矩阵元素的直接估计。由于它们的“精细”振动结构，很少有$E_{2g}$模式可以是非拉曼活性的。我们主张非手性碳纳米管的拉曼活性模式的数目为：5（$(n,n)$和$(n,0)$，$n$ -偶数）; 6（$(n,n)$，$n$ -奇数）; 8（$(n,0)$，$n$ -奇数）。
2002-12-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Lattice structure and vibrational properties of the same nano-object
我们提出了一个程序，用于确定独立的晶格结构和振动特性的同一个人的纳米物体。对于一个单独的单壁碳纳米管的例子，我们证明了测定的结构指数（n，m）的纳米管的电子衍射和振动模式的频率由显微拉曼光谱。结构和模式频率的精确和独立的测定允许直接和明确的验证分子动力学计算和拉曼实验得出的结论。
2005-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dissipation and fluctuations in nanoelectromechanical systems based on carbon nanotubes
以千兆赫振荡器为例，研究了纳米管纳米机电系统的摩擦学特性。利用分子动力学方法计算了纳米管振荡器的品质因数（Q因子），定量分析了各种因素对纳米管NEMS摩擦学性能的影响.我们证明了纳米管壁的可折叠性可以增加耗散率，而壁端结构和纳米管长度不影响Q因子。结果表明，耗散率取决于壁间距离和外壁的固定方式，并且在具有大壁间距离的纳米管的固定不良的情况下是显著的。缺陷被发现强烈降低的Q-因子，由于低频振动模式的激发。静摩擦力和能量耗散率之间没有普遍的相关性。我们提出了一个解释所获得的结果的基础上的经典理论的振动平移松弛。通过分子动力学模拟揭示了吉赫振荡器中的热力学涨落，并在涨落耗散定理的框架下进行了分析。在此基础上讨论了设计具有理想Q值的NEMS的可能性及其应用。
2009-04-04 cond-mat.mes-hall
Entropy Production from Spin--Vibrational Coupling in Endohedral-Fullerene Qubits Encapsulated in Suspended Carbon Nanotubes
Tufts University（塔夫茨大学）
研究端帽 fullerene 量子比特与悬空碳纳米管振动模式的耦合，分析熵生成机制及非平衡量子热力学中的不可逆性分布。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermoelectric unipolar spin battery in a suspended carbon nanotube
碳纳米管悬浮在外部磁场中形成的量子点被预测为热电单极自旋电池，产生纯自旋电流。内置的自旋翻转机制是由固有的自旋轨道耦合和悬浮的碳纳米管的振动模式之间的相互作用产生的自旋-振动相互作用的结果。另一方面，利用热电效应，电子与振动模式耦合的热浴之间的温度差提供驱动力。我们发现产生的纯自旋电流的大小和方向都依赖于自旋-振动相互作用的强度、量子点中的次能级结构、电子和热浴的温度以及量子点和极之间的隧穿速率。此外，在线性响应区，动力学系数在温度$T$上是非单调的，并且当$k_BT$约为一个声子能量时，动力学系数达到最大值。一个强大的点内库仑相互作用的存在是无关的，我们的自旋电池，提供了高阶cotunneling过程被抑制。
2017-02-24 cond-mat.mes-hall
Enhancement of interfacial thermal conductance of SiC by overlapped carbon nanotubes and intertube atoms
提出了一种通过在碳纳米管（CNT）阵列中引入管间原子来提高SiC-CNT阵列界面热导率的新方法。采用非平衡分子动力学方法对ITC进行了研究。结果表明，管间原子能显著提高ITC。示出了ITC对温度和管间原子数的依赖关系。通过计算原子力的几率分布和振动态密度分析了其机理。本研究对提高碳纳米管基复合材料的ITC性能具有一定的指导意义。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall
Polyyne Electronic and Vibrational Properties under Environmental Interactions
最近，双壁碳纳米管内部的线性碳链的新系统已经将$sp^1$杂化碳链的长度从44个原子扩展到数千个原子[L. Shi等人，Nat.板牙. 15，634（2016）]。这些超长链的光电性能很难描述目前的理论模型，这是基于短链的实验数据，并假设一个恒定的环境。因此，在电荷转移和范德华相互作用方面对系统的物理理解广泛缺失。我们为多炔化合物在真空中的本征拉曼频率提供了参考，并明确描述了多炔化合物与碳纳米管之间的相互作用。我们发现，范德华相互作用强烈移动拉曼频率，这既没有预期也没有解决之前。作为从管到链的电荷转移的结果，长链的拉曼响应在性质上不同于接近$Γ$点的聚合物的已知声子分散。基于这些发现，我们展示了如何正确解释拉曼数据，考虑到纳米管的属性。这对于将其用作分析工具以优化未来应用的生长过程至关重要。
2016-08-09 cond-mat.mes-hall
Franck-Condon blockade in suspended carbon nanotube quantum dots
理解原子的振动运动对分子中电子跃迁的影响构成了量子物理学的基石，正如光谱学的弗兰克-康登原理所体现的那样。最近的进展，在建设分子电子器件和纳米机电系统打开了一个新的舞台，研究机械和电子之间的相互作用的自由度在单分子水平上的运输。电子通过分子或悬浮量子点的隧穿已被证明激发振动模式或振动子。除此之外，理论预测，强电子-振动子耦合在低偏压下显著抑制电流流动，这种集体行为被称为弗兰克-康登封锁。在这里，我们显示的量子点上形成的悬浮单壁碳纳米管揭示了一个非常大的电子-振动子耦合的测量，由于我们的样品的高品质和前所未有的可调性，承认振动子介导的电子输运在强电子-振动子耦合制度的定量分析。这使我们能够明确地证明悬浮纳米结构中的Franck-Condon阻断。观测到的大量电子-振子耦合最终可能成为检测量子化机械运动的关键因素。它还强调了基于悬浮石墨烯片和碳纳米管的纳米机电设备应用的独特潜力。
2008-12-19 cond-mat.mes-hall
Liquid-induced damping of mechanical feedback effects in single electron tunneling through a suspended carbon nanotube
在单电子隧穿通过清洁，悬浮的碳纳米管器件在低温下，明显的开关现象已定期观察。这可以通过单电子隧穿和纳米管振动运动的强相互作用来解释。我们目前的测量高度稳定的纳米管设备，随后记录在真空室中的稀释冰箱，并沉浸在第二稀释冰箱的3 He/4 He混合物。当样品保持在粘性液体中时，不存在切换现象，另外支持DC驱动振动的解释。因此，液氦中的输运测量可以用于有限偏置光谱，否则机械效应将主导电流。
2015-09-23 cond-mat.mes-hall
Tuning thermal transport in nanotubes with topological defects
利用原子非平衡格林函数，我们发现由于高频声子的强瑞利散射，拓扑晶格缺陷的存在显著降低了碳纳米管的热导率.声子在多个缺陷中的传输行为是基于无规相位近似的级联散射。我们阐明了结构缺陷对声子的散射与局域振动态密度（LVDOS）的空间涨落有关。提出了一种通过调制LVDOS来调节低维系统热输运的有效方法。我们的研究结果为实验控制纳米器件中的热传输提供了见解
2012-03-13 cond-mat.mes-hall
Phonon spectra and vibrational heat capacity of quasi-one-dimensional structures formed by rare gas atoms on the surface of carbon nanotube bundles
研究吸附在碳纳米管束表面的稀有气体原子链的声子谱与振动热容，发现基底应力及结构不均匀性会导致声子谱偏移、出现离散能级，并改变比热的指数温度依赖性。
2025-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Raman frequency shift in oxygen functionalized carbon nanotubes
利用晶格动力学理论，研究了氧功能化单壁碳纳米管（O-SWCN）的振动性质。由于C-O和O-O相互作用，许多简并声子模被分裂，甚至得到一些新的声子模，与裸SWCN不同。一个明显的拉曼位移被发现在径向呼吸模式和G模式，不仅取决于管直径和手性，但也对氧的覆盖和吸附配置。有趣的是，随着氧覆盖度的增加，G模出现了非单调的上下位移，这是由于键膨胀和收缩之间的竞争，在功能化的碳纳米管中共存。
2007-01-18 cond-mat.mes-hall
Phase transitions on the surface of a carbon nanotube
悬浮的碳纳米管可以作为纳米级谐振器，具有显着的机电性能和在单原子水平上检测其表面吸附的能力。了解纳米管和其他石墨材料上的吸附是许多传感和存储应用的关键。在这里，我们表明，纳米管谐振器提供了一个强大的新手段，调查碳上的吸附的基本方面，包括吸附物质的集体行为及其耦合到衬底电子。通过监测在惰性气体的存在下的振动共振频率，我们观察到的圆柱形表面上的单分子膜的形成和这些单分子膜内的相变，并同时修改的电导。单层观测也表明了研究圆柱几何中物质基本行为的可能性。
2009-09-03 cond-mat.mes-hall
Carbon nanotube sensor for vibrating molecules
研究了碳纳米管电容器耦合到沿其一个振动模式振动的分子的输运性质，并分析了在STM针尖存在下的输运性质。我们评估了系统的线性电荷和热导率及其热电势。它们主要由位置依赖的Franck-Condon因子控制，由位置依赖的有效耦合常数控制，在分子位置达到峰值。电导和热电势都允许提取关于分子沿CNT的位置的一些信息。然而，至关重要的是，热功率也揭示了振动能级间距，即使在线性状态下也可以获得更完整的分子表征。
2013-09-11 cond-mat.mes-hall
Electron-vibron coupling in suspended carbon nanotube quantum dots
受最近实验的启发，我们研究了悬浮碳纳米管量子点中的电子-振动子耦合，从底层石墨烯层的电子-声子耦合开始。我们发现，耦合强度依赖于敏感的振子的类型，是强烈的样品依赖性。耦合强度变得特别强，当不稳定性诱导的电子量子点位于附近的区域，其中的振动模式与大应变。具体来说，我们发现，纵向拉伸模式和径向呼吸模式耦合通过强变形势，而扭曲模式耦合更弱，通过涉及碳位点之间的电子跳跃幅度调制的机制。一个特殊的情况是弯曲模式：由于对称性的原因，它们的耦合在振子坐标中只有二次耦合。我们的结果可以解释最近的实验中，悬浮的碳纳米管量子点的振动边带伴随着强烈的电子-振子耦合的Franck-Condon封锁。
2009-04-29 cond-mat.mes-hall
Ballistic transport and electrostatics in metallic carbon nanotubes
通过求解弹道情况下的格林函数和静电学方程，自洽地计算了金属碳纳米管线中的电流和静电势降。大约十分之一的施加电压降通过纳米线的主体，与这里考虑的长度无关。剩余的十分之九的偏置在触点附近下降，从而产生非线性的电位降。纳米管中心处的电场随长度（L）的缩放比1/L（大致为$1/L^{1.25-1.75}$）快。在室温下，大直径碳纳米管的低偏压电导大于$4e^2/h$，这是由于碳纳米管占据了不相交的子带。讨论了非交叉子带中由于透射齐纳隧穿引起的电导随偏压变化的物理过程。
2005-03-31 cond-mat.mes-hall
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
Ultrafast Generation of Fundamental and Multiple-order Phonon Excitations in Highly-Enriched (6,5) Single-Wall Carbon Nanotubes
使用宏观的高度富集的（6，5）单壁碳纳米管的合奏，结合高信噪比，时间相关的差分透射光谱，我们已经产生了超宽光谱范围（10-3000 cm^{-1}）的振动模式。总共有14种模式被清楚地分辨和识别，包括A，E1和E2对称性的基本模式及其涉及两个和三个声子的组合模式。通过与CW拉曼光谱的比较以及基于扩展的紧束缚模型的计算，我们能够识别所有观察到的峰，并确定单个和组合模式的频率。我们提供了（6，5）纳米管的声子频率的完整总结，可以作为一个基本的参考，以完善我们的理解纳米管声子谱以及新的理论模型的测试平台。
2013-12-14 cond-mat.mes-hall
Carbon Nanotube Thermal Transport: Ballistic to Diffusive
我们建议用l_0/（l_0+L）来描述能量传输，其中l_0是平均自由程，L是系统长度。该公式适用于碳纳米管（CNT）中的热传导。热传导计算表明：（1）室温下，单壁碳纳米管（SWCNTs）的热导率与碳纳米管直径成正比，多壁碳纳米管（MWCNTs）的热导率与碳纳米管直径的平方成正比。(2)由于碳纳米管振动模式的对称性，界面在碳纳米管的热传导中起着重要的作用。(3)当声子平均自由程与碳纳米管的长度L相当时，热导率κ与L^α成正比。数值计算发现，Umklapp散射过程的有效指数α随着温度的升高而减小，且对单壁碳纳米管的直径不敏感。对于短的单壁碳纳米管（<0.1 μm），我们发现在室温下α \approx为0.8。这些结果与最近的实验结果一致。
2005-10-21 cond-mat.mes-hall
The radial breathing-like mode of the collapsed Single-walled carbon nanotube bundle under hydrostatic pressure
利用第一性原理计算研究了静水压力下（10，10）单壁碳纳米管束的振动模式和拉曼光谱。详细的分析表明，结构相变（SPT）后，单壁碳纳米管束原有的径向呼吸模式（RBM）消失。在509 cm^{-1}处出现了明显的类RBM模式，可以认为这是SPT发生在单壁碳纳米管束中的一个指纹，并可用于确定SPT后单壁碳纳米管束的微观结构。
2007-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Zitterbewegung of electrons in carbon nanotubes created by laser pulses
描述了在短脉冲激光照射下锯齿形碳纳米管（CNT）中产生非稳态电子波包的可能性。在脉冲消失后，包经历抖动运动（Zitterbewegung，ZB）。CNT的能带结构的计算使用的紧束缚近似广义辐射的存在下。采用现实的脉冲和CNT参数，我们得到的ZB振荡与带间频率对应的特定对的能带。提出了一种最佳参数的选择，以观察实验中的ZB现象。使用高斯波包触发电子Zitterbewegung，如文献中所使用的，是严格重新审查。
2014-05-03 cond-mat.mes-hall
Towards carbon nanotube growth into superconducting microwave resonator geometries
悬浮碳纳米管的原位生长有利于未扰动的电子输运谱和高Q振动模式的观察。对于复杂的结构集成，例如，对于片上超导RF元件，选择经受住化学气相沉积（CVD）工艺的化学和物理抗性材料提供了挑战。我们演示了实现的双折射共面波导谐振器，表现出明确的谐振行为，在低温下，即使在已暴露于纳米管生长条件。将CVD之前和之后的MoRe装置的性质与参考铌装置进行比较。
2016-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Cavity-enhanced optical detection of carbon nanotube Brownian motion
具有小模体积的光学腔非常适合于检测亚波长尺寸物体的振动。在这里，我们采用了基于光纤的，高精细光学微腔检测布朗运动的自由悬浮的碳纳米管在室温下真空。光学探测器可以分辨出振荡管的偏转，其偏转频率可低至50 pm/Hz ^[1/2]。通过在扫描电子显微镜中表征相同的装置获得并确认碳纳米管的全振动光谱。我们的工作成功地将高灵敏度的光学机械检测的原理扩展到分子尺度的纳米机械系统。
2012-11-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybrid quantum device with nitrogen-vacancy centers in diamond coupled to carbon nanotubes
我们发现，氮空位（NV）中心的金刚石与悬浮的碳纳米管进行直流电流接口可以促进自旋纳米机械混合装置。我们证明了一个单一的NV自旋和悬浮纳米管的振动模式之间的强磁力相互作用可以通过外部控制系统参数进行设计和动态调谐。这种具有强的\emph{intrinsic}和\emph{tunable}磁力耦合的自旋纳米机械设置允许构建具有NV中心和碳基纳米结构的混合量子器件，以及具有自旋量子位的声子介导的量子信息处理。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electrical Control of Strong Spin-Phonon Coupling in a Carbon Nanotube
我们描述了一种电控制单电子自旋和悬浮碳纳米管谐振器的振动运动之间的强相互作用的方法。偏转诱导的自旋-声子耦合的强度依赖于限制在横向碳纳米管量子点中的电子的波函数。沿着纳米管的电场移动量子点的有效中心，导致自旋-声子强度的相应修改。数值模拟结果表明，在电脉冲驱动下，在机械量子比特和自旋量子比特之间实现高保真度的量子态转移是可行的。我们的研究结果形成了光和自旋量子比特之间的相干相互转换的全电控制和制造电驱动的量子信息处理系统的基础。
2015-10-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
High Pressure Induced Binding Between Linear Carbon Chains and Nanotubes
最近的研究单壁碳纳米管（CNTs）在水介质中的显示，水可以显着影响管的机械性能。碳纳米管在静水压力下可以保持其弹性性能高达大的压力值，同时表现出优异的耐机械负荷。实验观察到，当受到高静水压值时，具有封装的线性碳链（LCC）的CNT在它们的一些振动频率中呈现不可逆的红移。为了解决这一现象的原因，我们进行了完全原子反应（ReaxFF）分子动力学（MD）模拟模型结构模仿实验条件。我们已经考虑了有限和无限（循环边界条件）的情况下，碳纳米管填充LCC（LCC内碳纳米管）的不同长度（从9到40个原子）。我们的研究结果表明，增加静水压力会导致CNT变形的不均匀的方式，由于LCC的存在。LCC-CNT界面区域表现出凸曲率，这导致更多的反应位点，从而有利于链和纳米管之间形成共价化学键。该过程是不可逆的，即使在释放外部压力后，新形成的键仍继续存在，并导致链振动模式从1850 cm $^{-1}$不可逆地红移至1500 cm。
2014-12-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A valley-spin qubit in a carbon nanotube
虽然III-V族半导体量子点中的电子自旋作为量子比特已经显示出很大的前景，但一个主要的挑战是这些材料中不可避免的超精细退相干。在IV族半导体中，主要的核物质是无自旋的，允许量子比特相干时间在金刚石和硅中延长到几秒。碳纳米管是一种特别有吸引力的主体材料，因为与谷自由度的自旋轨道相互作用允许量子位的电操纵。在这项工作中，我们实现了这样一个量子比特的纳米管双量子点。量子比特被编码在两个谷自旋态中，通过由纳米管中的弯曲介导的电驱动自旋共振（EDSR）进行相干操纵。通过测量泡利阻塞中的电流来执行读出。演示了任意量子比特的旋转，并通过哈恩回波测量了相干时间。虽然在我们目前的设备中测得的退相干时间仅为65 ns，但这项工作提供了创建量子位的可能性，可以几乎消除超精细相互作用。
2012-10-10 cond-mat.mes-hall
Direct Realization of Near-Ideal Carbyne in Ultrathin Boron Nitride Nanotubes
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Center for the Science of Materials Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin（柏林材料科学中心）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Huzhou Normal University（湖州师范学院）
本研究在超薄氮化硼纳米管中热转化聚炔，实现近理想卡宾链，通过拉曼光谱验证其振动频率分布窄、非谐性符合普适定律，为测量卡宾固有性质提供途径。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermal conduction of carbon nanotubes using molecular dynamics
利用平衡态分子动力学计算了不同半径和长度的碳纳米管的热流自相关函数。碳纳米管的热导率也计算使用Green-Kubo关系从线性响应理论。通过指出单壁碳纳米管截面定义的模糊性，我们在计算和讨论中使用热导率代替电导率。我们发现碳纳米管的热导率随碳纳米管长度的增加而增加。振动态密度分析表明，碳纳米管越长，其低频振动模式越多，对热导发散的贡献越大。
2004-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Few-hundred GHz Carbon Nanotube NEMS
我们研究了23至30 nm长的悬浮单壁碳纳米管量子点，并观察到它们的伸缩和弯曲振动模式。我们利用低温直流电子输运激发和测量管的弯曲模式，利用它们的振动和隧穿电子之间的正反馈机制。在这些纳米机电系统（NEMS）中，我们测量基本弯曲频率$f_{bend}\approx$ 75 - 280 GHz，并提取品质因数$Q \sim 10^{6}$。NEMS的频率可以通过由静电力致动的机械断开结引起的张力或来自弯曲的悬挂电极的张力以因子2调谐。
2012-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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。
2024-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fine structure of current noise spectra in nanoelectromechanical resonators
本文采用 Keldysh 图解法研究悬浮碳纳米管量子点谐振器的电子—振动耦合噪声，揭示振动频率处的窄共振峰及其在对称隧穿点的相干抵消，并提出以电流噪声谱灵敏检测阻尼与退相。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall
Quantum capacitance mediated carbon nanotube optomechanics
腔光学力学允许振动模式的表征，其冷却和使用电磁场的量子操纵。单壁碳纳米管是纳米力学和电子学性质的典型实验系统。在低温下，作为高品质因数的振动谐振子，它们表现出运动与单电子隧穿之间的强相互作用。在这里，我们展示了悬浮的碳纳米管量子点和微波腔体的大的光机耦合，通过库仑阻塞的非线性放大了几个数量级。从光机械诱导透明（OMIT）实验，我们获得了高达$g_0=2π\cdot 95\,\textrm{Hz}$的单光子耦合。这表明，在不久的将来，在量子极限下的碳纳米管振动的简正模分裂和完全光机械控制是可以实现的。通过微波场的机械操纵和表征可以通过量子限制单电子器件的多种物理来补充。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electronic structures and Raman features of a carbon nanobud
通过采用第一性原理计算，我们研究了一种新的碳纳米结构，称为碳纳米芽，其中一个$C_{60}$分子共价连接或嵌入在扶手椅碳纳米管的电子性质。我们发现，碳纳米芽表现出半导体或金属行为，这取决于纳米管的大小，以及组合模式。此外，相对于相应的原始碳纳米管，在费米能级以上0.3-0.8 eV处出现了一些新的电子态，这与实验结果一致.此外，还探讨了碳纳米芽的振动特性。$C_{60}$和相应的原始纳米管的特征拉曼活性模式存在于具有附着模式的碳纳米芽的拉曼光谱中，与最近实验的观察结果一致。相比之下，对于具有嵌入模式的碳纳米芽的情况，不会出现这种情况。这表明合成的碳纳米芽可能是附着构型而不是嵌入构型。
2009-11-19 cond-mat.mes-hall
Wigner molecules in carbon-nanotube quantum dots
我们证明了在半导体纳米管中的静电门所定义的量子点中的电子在空间中有序地冻结，实现了“维格纳分子”。我们精确的对角化计算揭示了电子分子的特征，这些特征可以通过隧道光谱来获得-实际上其中一些已经被Deshpande和Bockrath观察到[Nature Phys. 4，314（2008）]。我们表明，数值结果是令人满意的再现一个简单的反激振动波函数：电子有本地化的波函数，像一个普通的分子中的原子核，而低能量的激发是集体振动的电子周围的平衡位置。
2010-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Interband transitions in narrow-gap carbon nanotubes and graphene nanoribbons
我们使用强的最近邻紧束缚近似，在同一个立足点上研究了窄带隙碳纳米管和石墨烯纳米带的带间偶极跃迁。研究表明，金属单壁碳纳米管中的曲率效应和无间隙石墨烯纳米带中的边缘效应不仅打开了通常对应于THz频率的爆炸间隙，而且还导致了这些间隙中光学跃迁概率的巨大增强。此外，当光子能量与带隙能量一致时，这些跃迁的速度算符的矩阵元具有普适值（等于石墨烯中的费米速度）。在增加激发能时，跃迁矩阵元首先迅速减小（对于保持在THz范围内但超过两个带隙能量的光子能量，其减小三个数量级），并且此后其开始与光子频率成比例地增加。类似的效应发生在扶手椅型碳纳米管中，该碳纳米管的带隙被沿纳米管轴施加的磁场打开和控制。扶手椅型石墨烯纳米带和单壁锯齿形碳纳米管之间存在直接对应关系。所描述的尖锐的光子能量依赖的过渡矩阵元素与范霍夫奇点在所考虑的准一维系统的带隙边缘，使他们有前途的候选人的相干太赫兹辐射发射器的有源元件。残余掺杂引起的低能量带间跃迁的泡利阻塞效应可以通过使用高频（光学）激发产生粒子数反转来抑制。
2019-03-25 cond-mat.mes-hall
Exciton-Peierls mechanism and universal many-body gaps in carbon nanotubes
“金属”碳纳米管在与屏蔽环境隔离时表现出准粒子间隙。预计差距拉开机制将是电子来源的，但其确切性质仍有争议。在这项工作中，我们表明，混合密度泛函理论预测一组激子不稳定性能够打开实验中发现的大小的差距。激子不稳定性耦合到振动模式，特别是与石墨烯的${\bf Γ}-E_{2g}$和${\bf K}-A'_1$ Kohn异常相关联的模式，诱导具有强电子-声子耦合的Peierls晶格畸变。在较大的管中，纵向光学声子模式成为一个纯粹的电子二聚化，这是完全对称保存在锯齿形和手征管，但打破了对称的扶手椅管。由此产生的差距是普遍的（即，与手性无关），并以1/R与管半径成比例。
2018-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Vibrational effects in charge transport through a molecular double quantum dot
分子电子学领域的最新进展揭示了电子自由度和特定振动模式之间耦合的根本重要性。考虑到分子二聚体和碳纳米管双量子点的例子，我们在这里从理论上研究了通过一个双位系统，是强耦合到一个单一的振动模式的运输。使用量子主方程的方法，我们证明，根据两个点的相对位置，电子-声子相互作用可以导致负微分电导和抑制通过系统的电流。我们还讨论了实验相关性的研究系统的结果和可能的实现。
2017-02-17 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Universal Vibrational Anharmonicity in Carbyne-like Materials
本文通过拉曼光谱研究受限卡拜链的C模直至第三泛音，发现振动非谐性随频率降低而增大且最高达8%，并证明该关系对包括理想卡拜在内的类卡拜材料具有普适性。
2024-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
