Excitonic effects in third harmonic generation: the case of carbon nanotubes and nanoribbons
低维纳米结构的线性和非线性光学性质已经引起了科学界的极大兴趣，作为探测电子的强约束的工具，并在光电子器件中可能的应用。特别地，已经表明碳纳米管[Science 308，838（2005）]和石墨烯纳米带[Nat. Comm. 5，4253（2014）]的线性光学响应由束缚的电子-空穴对（激子）支配。激子在线性响应中的作用已经得到了广泛的研究，但对激子对非线性极化率的影响却知之甚少。使用最近开发的方法[Phys.Rev.B88，235113（2013）]，其基于完善的从头算多体微扰理论方法，我们发现准粒子位移和激子效应显著地改变了碳纳米管和石墨烯纳米带中的三次谐波产生。对于这两个系统的多体效应的净效应是减少在独立的粒子光谱中的主峰的强度和重新分配几个激子共振之间的光谱权重。
2017-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Well-defined sub-nanometer graphene ribbons synthesized inside carbon nanotubes
具有亚纳米宽度的石墨烯纳米带对于纳米级电子器件和器件是非常有趣的，因为它们将石墨烯的不寻常的传输特性与由于横向维度中的量子限制而导致的带隙的打开相结合。目前，强有力的研究努力被用于生长这样的纳米带。在这里，我们展示了6-和7-扶手椅型石墨烯纳米带的合成，宽度为0.61和0.74 nm，激子间隙为1.83和2.18 eV，通过单壁碳纳米管内的二茂铁分子的高温真空退火。通过原子分辨率电子显微镜证明了如此获得的石墨烯纳米带的封装，而它们的分配是由广泛的波长依赖性拉曼散射表征和量子化学计算的组合提供的。这些发现使一个简单的和可扩展的方法，导致良好定义的亚纳米石墨烯纳米带的控制生长和详细的分析。
2020-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Twisting Graphene Nanoribbons into Carbon Nanotubes
虽然碳纳米管由蜂窝状碳组成，但它们从未直接由石墨烯制成。在这里，它是由量子分子动力学模拟和经典的连续弹性模型，石墨烯纳米带，确实可以通过扭曲转化为碳纳米管。由此制备的管的手性不仅可以预测，而且还可以外部控制。这种扭曲路线是纳米纤维的一个机会，并且很容易推广到由其他平面纳米材料制成的带状物。
2012-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spintronics at Nanoscale: Flat-Band Ferromagnetism in Armchair Nanoribbons and Nanotubes
利用弱耦合方法和非阿贝尔密度矩阵重整化群方法研究了扶手椅型纳米晶体和纳米管中的电子关联效应。我们发现，适当的掺杂后，该系统表现出一种新的类型的平带铁磁性，不同于著名的牛奶田崎之一。强关联基态由平带态的本征磁矩和色散带的巡游载流子组成，它们之间的交换耦合产生铁磁性。这种具有金属导电性的铁磁态在纳米尺度的自旋电子学中具有潜在的应用价值。
2006-07-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Comparative Studies on Giant Magnetoresistance in Carbon Nanotubes and Graphene Nanoribbons with Ferromagnetic Contacts
这篇文章报道了碳纳米管（CNT）和石墨烯纳米带的巨磁电阻（GMR）的比较研究相似的纵横比（即周长/长度和宽度/长度比，分别为前者和后者）。这个问题是解决在零温度下的弹道输运制度，通过紧束缚模型内的格林函数技术和所谓的宽带近似的电极。石墨烯的巨磁电阻效应与碳纳米管的巨磁电阻效应相当，它强烈地依赖于手性，而仅轻微地依赖于纵横比。事实证明，石墨烯，类似于碳纳米管，可能是自旋电子应用的一种非常有趣的材料。
2008-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Facile Synthesis of High Quality Graphene Nanoribbons
石墨烯纳米带因其新颖的电子和自旋输运性质而引起关注1 -6，并且因为小于10 nm宽的纳米带具有可用于制造场效应晶体管的带隙。然而，生产非常高质量或大量的纳米带仍然是一个挑战。在这里，我们表明，原始的几层纳米带可以通过解压缩温和的气相氧化的多壁碳纳米管使用机械超声在有机溶剂中。纳米带表现出非常高的质量，具有光滑的边缘（如通过高分辨率透射电子显微镜所见），无序与石墨拉曼谱带的低比率，以及迄今为止报道的最高电导率和迁移率（对于宽度为10-20 nm的带，高达5e 2/h和1500 cm 2/Vs）。此外，在低温下，纳米带表现出相位相干传输和法布里-珀罗干涉，这表明最小的缺陷和边缘粗糙度。纳米带的产率为起始原料纳米管烟炱材料的约2%，这显著高于能够生产高质量窄纳米带的先前方法1。原生石墨烯纳米带的相对高产率合成将使这些材料易于用于广泛的基础和实际应用。
2010-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Peculiar Width Dependence of the Electronic Property of Carbon Nanoribbons
纳米带（纳米石墨带）是类似于碳纳米管的碳系统。我们通过一组两个整数$<p,q>$来表征宽类纳米带，然后根据$p$和$q$来定义宽度$w$。电子性质探索这类纳米带。锯齿形（扶手椅型）纳米带具有与扶手椅型（锯齿形）纳米管类似的电子性质。纳米带的带隙结构表现出与金属或几乎金属纳米带的流状序列的谷结构。这些序列对应于由$w$索引的等宽曲线。我们揭示了纳米带的电子性质对宽度$w$的特殊依赖性。
2006-02-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Self-assembled chiral phosphorus nanotubes from phosphorene: a molecular dynamics study
在纳米尺度结构的控制合成应该是预期的，具有预定手性的磷纳米管在具有可调带隙的电子器件中是重要的。在这里，结合分子动力学模拟与理论分析，我们表明，锯齿形磷烯纳米管可以自组装，并形成相应的手性磷纳米管周围的模板扶手椅型磷纳米管。纳米管和纳米管之间的范德华势被转换为合成管的固有变形能和化学键合能以及部分动能。自组装过程具有明显的温度依赖性和尺寸效应，形成的手性管是热稳定的。此外，手性和测量可以通过模板管的半径和原料带的纵横比来调整。该研究为磷纳米管的可控合成提供了一种新的可行的方法，因此在半导体器件应用中具有重要意义。
2017-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Oxidation stability of confined linear carbon chains, carbon nanotubes, and graphene nanoribbons as 1D nanocarbons
三种典型的一维（1D）/准一维纳米碳，线性碳链，碳纳米管和石墨烯纳米带已被证明可以在单壁碳纳米管中生长。这就产生了三种类型的混合材料，它们的行为和性能相互比较还远未被理解。在最近发表的工作中证明这些纳米结构材料的合成是成功的之后，我们现在已经能够通过使用共振拉曼光谱系统地研究它们的氧化稳定性。令人惊讶的是，理论上预测非常不稳定的线性碳链实际上在碳纳米管主体的保护下在高达500 °C下是热稳定的。此外，在较窄的碳纳米管中较长的线性碳链比在较大的管中较短的线性碳链更稳定，这表明热稳定性不仅取决于单独的线性碳链的长度，但它是以更复杂的方式与宿主管的限制相关。此外，石墨烯纳米带总体上被认为是最稳定的受限结构。另一方面，（6，5）CNT相对于其（6，4）对应物的更高稳定性等特性使得这项研究为进一步研究这些1D纳米碳（包括真正的1D线性碳链）在环境条件下的应用提供了坚实的平台。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optical selection rules of curved graphene nanoribbons and carbon nanotubes
利用Peierls紧束缚模型，推导了弯曲石墨烯纳米管和碳纳米管的广义磁吸收谱。主要的光谱特性和光学选择规则是由几何结构和磁场之间的合作或竞争关系引起的。在弯曲带中，在曲率变化期间，主要选择规则保持不变。当弧角增加时，突出的峰分裂，当角度超过临界值时，一些峰甚至消失。在碳纳米管中，角动量耦合诱导额外的选择规则，其中更多的是由于增加的任何（两个）因素：管直径和场强。特别是当这两个因子超过一定的临界值时，光谱可以反映准朗道能级结构。光谱的识别特征提供了对具有开放或封闭边界条件的弯曲系统的光学激发的洞察。
2014-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Growth of New Extended Carbon Nanophases from Ferrocene Inside Single-Walled Carbon Nanotubes
在SWCNTs中填充二茂铁并在中等高温下转变后生长的新结构的拉曼响应被证明是非常强的，甚至比来自管的响应更强。透射电子显微镜表明，新物体是平坦的，并表现出类似于纳米带短片段的结构。生长过程是由两个不同的激活能控制的低和高的转变温度，分别。在填充之后立即检测来自前体分子的拉曼图案。两种不同类型的纳米带被确定通过选择特定的激光能量的拉曼激发。这些丝带分别具有quaterrylene和terrylene的签名。
2019-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Carbon nanoelectronics: unzipping tubes into graphene ribbons
我们报道了由部分解链的碳纳米管制成的新型碳纳米结构的输运性质，该碳纳米结构可以被视为管和纳米管的无缝连接。我们发现，石墨烯纳米带在一定的能量范围内作为一个完美的谷过滤器的碳纳米管，具有最大可能的电导。我们的研究结果表明，部分解压缩的碳纳米管是一个磁阻器件，具有非常大的磁阻值。我们探讨了几种结构相结合的纳米管和石墨烯纳米带的性能，证明它们表现为最佳的接触，为彼此的混合石墨烯/纳米管器件的设计开辟了一条新的途径。
2009-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Preferred Synthesis of Armchair Transition Metal Dichalcogenide Nanotubes
Zhejiang University（浙江大学）；Dalian University of Technology（大连理工大学）；Westlake University（西湖大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）；Osaka University（大阪大学）；University of Antwerp（安特卫普大学）；Peking University（北京大学）；Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学）；Suzhou Laboratory（苏州实验室）；The University of Tokyo（东京大学）
本研究通过原位显微镜观察，首次实现了优先手性过渡金属二硫化物纳米管的合成，揭示了锯齿状纳米带向臂状纳米管的转变机制。
2026-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene nanoribbons from unzipped carbon nanotubes: atomic structures, Raman spectroscopy and electrical properties
我们研究了超声化学解链多壁碳纳米管（MWNTs）得到的单个石墨烯纳米带（GNRs，宽度~10-30 nm）的原子结构、拉曼光谱和电输运性质。像差校正的透射电子显微镜（TEM）显示了高比例的两层（2L）GNRs和一些单层带。层-层堆叠角范围为0 °至30 °，包括接近30 °（扶手椅取向）或0 °（锯齿取向）的平均手性角。观察到大部分GNR具有弯曲且光滑的边缘，而其余GNR显示出平坦且不太光滑的边缘（粗糙度\leq 1 nm）。偏振拉曼光谱探测各个GNR以揭示D/G比率和在平行和垂直激光激发偏振（D/D \bot）下的D带强度比率。所观察到的光谱趋势被用来推断GNRs的平均手性角和边缘平滑度。电输运和拉曼测量进行了单独的带状GNRs相关的光谱和电学性质。
2011-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the mystery of nucleation and growth of carbon nanotube and layered graphene inside carbon arc-discharge
通过对石墨阳极在不同实验条件下的腐蚀观察，以及对腐蚀后阳极表面形貌、阴极沉积物及其成分的分析，建立了电弧放电法制备碳纳米管和层状石墨烯的模型。据预测，冷的热冲击，由阳极斑点的快速移动触发，导致在阳极表面上的一些选定的位置处的裂纹微分支。这些裂纹微分支分裂和片段的基底平面对相邻的微晶成弯曲的石墨纳米带与最小的两个基底平面。这些纳米带进一步与尘埃碳等离子体中存在的C2和C3前体发生化学反应，并在刚从阳极分离后以CNT或层状石墨烯的形式演变，这取决于它们所暴露的气体环境的粘度和组成。
2019-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Possible charge ordered states in BN and BCN nanotubes, and nanoribbons
采用扩展的哈伯德模型和最近邻库仑相互作用研究了锯齿形边缘氮化硼和硼碳氮纳米带的电子态。考虑了电荷极化态和自旋极化态，得到了两态之间的相图。接下来，计算电容以检查系统的纳米功能。由于强的格位能的存在，电荷极化态克服了自旋极化态，使相图与石墨体系相差很大。电子结构总是类似于半导体。由于电荷激发能间隙的存在，用库仑相互作用的实际值计算的电荷极化状态的电容与带宽度成反比。
2005-03-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Interaction of chlorine with Stone-Wales de- fects in graphene and carbon nanotubes, and thermodynamical prospects of chlorine-induced nanotube unzipping
我们研究了氯原子在Stone-Wales缺陷处与碳纳米管和石墨烯的结合以及与原始纳米管侧壁的结合。我们使用从头算热力学表明，如果环境中的氯是足够丰富的，碳纳米管解压缩成石墨烯纳米带氯化边缘可能是可行的。通过温度和压力控制Cl化学势，选择性地打开低于阈值直径的管是可能的。此外，我们发现与无缺陷的石墨烯和纳米管相比，与Stone-Wales缺陷结合的氯原子的结合能增加，这表明缺陷可能作为管解链的成核位点。在石墨烯上，在环境条件下，不超过一个Cl原子可以与缺陷结合，从而限制了所得纳米带中可能的Cl诱导的变化。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computational study of the thermal conductivity in defective carbon nanostructures
我们使用非平衡分子动力学模拟来研究包括同位素杂质在内的缺陷对碳纳米管、石墨烯和石墨烯纳米带的热导率的不利作用。我们发现，即使在结构完美的纳米管和石墨烯，同位素杂质降低了高达一半的热导率，通过减少声子平均自由程，甚至更大的热导率降低，具有相同的物理起源，发生在存在结构缺陷，包括空位和窄石墨烯纳米带的边缘。我们的计算调和以前的研究结果，不同的数量级，通过确定各种计算方法的局限性。
2012-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Polarization Dependence of Optical Transitions in Graphene Nanoribbons
讨论了$k$依赖的电子-光子和电子-声子矩阵元对石墨烯纳米带和碳纳米管的普适性。电子在破缺平移对称的方向上经历波矢量的变化，这取决于光的偏振方向。我们认为，这种现象源于手征的微观特征。
2011-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Formation of Graphene and Graphane Nanoscrolls
碳纳米卷（CNSs）是一种纳米材料，其几何形状类似于石墨烯层，卷成螺旋状（纸莎草状）。采用分子动力学模拟研究了氢化和温度对石墨烯/石墨烯/碳纳米管、石墨烯/石墨烷/碳纳米管和石墨烷/石墨烷/碳纳米管三种构型的纳米带自卷曲过程的影响.石墨烯是指完全氢化的石墨烯纳米颗粒。在300-1000 K的温度下，观察到配置（1）和（2）的纳米卷形成，而对于配置（3），纳米带包裹CNT而没有纳米卷形成。
2022-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Dynamics Simulations for Anisotropic Thermal Conductivity of Borophene
本文采用Muller-Plathe方法对硼纳米管和硼纳米管的导热系数进行了分子动力学模拟。研究了扶手椅型和锯齿型硼杂环戊二烯的热导率，发现硼杂环戊二烯具有较强的各向异性热导率。我们比较了硼纳米管和硼纳米管的结果，发现硼纳米管的热导率与结构有关。
2017-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Perfect Reflection of Chiral Fermions in Gated Graphene Nanoribbons
我们描述了通过门控金属石墨烯纳米带使用非平衡格林函数方法的理论研究的结果。虽然与量子场论的类比预测完美的传输手征费米子通过门控区在一维，我们发现\emph{perfect reflection}的手征费米子在扶手椅带的特定配置的门。这种效应应该可以在由带电碳纳米管门控的窄石墨烯收缩中测量。
2009-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Alignment of graphene nanoribbons by an electric-field
在本文中，我们开发了一种分析方法来预测场致取向的悬臂石墨烯纳米带。这种方法是通过分子模拟使用本构原子静电模型进行验证。结果表明，在小变形时，石墨烯的场取向弯曲角与场强的平方或石墨烯长度成正比，而与石墨烯宽度无关。有效弯曲刚度和纵向极化率也被发现近似地与石墨烯长度的平方成比例。与碳纳米管相比，石墨烯纳米带被发现对外部电场更机械敏感。
2009-09-03 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
Ultra-Narrow TaS2 Nanoribbons
在二维（2D）材料中施加额外的限制可以进一步控制相关的电子，光学和拓扑性质。然而，超窄纳米带（NR）的合成仍然是一个挑战，特别是对于过渡金属二硫属化物（TMD），并且合成窄于50 nm的TMD NR仍然是难以捉摸的。在这里，我们报告的超窄TaS2 NR的气相合成。NR生长在碳纳米管的空腔内，从而限制了它们的横向尺寸和层数，同时使它们对环境保持稳定。NR达到单层（ML）极限并且表现出低至2.5nm的宽度。原子分辨率扫描透射电子显微镜（STEM）揭示了详细的原子结构的超窄NR，我们观察到一个迄今未见的原子结构超调制现象的有序缺陷阵列内的NR。基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算显示了平坦能带的存在，以及边缘和边界局域化的状态，并帮助确定超调制的原子配置。纳米管模板合成代表了一种独特的，可转移的，广泛部署的路线，以超窄TMD NR增长。
2020-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic spin-orbit interactions in flat and curved graphene nanoribbons
最近对碳纳米管和石墨烯样品的理论和实验研究表明，尽管在碳基材料中通常被忽视，但自旋轨道相互作用比想象的更重要和复杂。我们研究了石墨烯纳米带的内在自旋轨道耦合效应，包括平面和弯曲。计算是在紧束缚模型中进行的，其中包括一个四轨道基组。因此，蜂窝晶格的完全对称性和$σ$和$π$带的杂化被认为是。除了零能量的$π$边缘状态，$σ$衍生的边缘状态被发现为三个调查的带状几何形状。$σ$态也被自旋过滤并定位在带的边界处。计算的自旋轨道分裂是更大的$σ$ -比$π$ -衍生的边缘状态。由于这种增强，$σ$ -态的自旋轨道分裂达到几个开尔文量级的值。这些自旋过滤的边缘状态下的$σ-π$杂化和曲率的影响是强大的。
2010-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Atomic structure and electronic properties of folded graphene nanoribbons: a first-principles study
采用第一性原理计算研究了折叠石墨烯纳米带（FGNRs）的原子结构、堆积顺序和电子结构.结果表明，所有FGNR的共同构型都是包括一个纳米管状边缘和两个平坦纳米带的球拍状结构。有趣的是，这两个平坦的纳米带可以形成新的堆叠样式，而不是双层纳米带最稳定的AB堆叠序列。FGNRs的稳定性与初始结构的几个因素有关，如两个纳米带的层间距离，堆叠顺序，边缘样式和纳米带的宽度。这些折叠的纳米带只能在宽度分别达到约61 μ m和95 μ m时才能稳定，对于锯齿形和扶手椅形纳米带。此外，折叠的锯齿形石墨烯纳米带的带隙变为约0.17 eV，这提供了打开带隙的新途径。
2016-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene Nanoribbons with Smooth Edges Behave as Quantum Wires
具有完美边缘的石墨烯纳米带被预测表现出有趣的电子和自旋电子学性质，特别是量子限制带隙和磁性边缘状态。然而，到目前为止，通过光刻法生产的石墨烯纳米带表现出粗糙的边缘和由缺陷主导的低温传输特性，主要是狄拉克点附近的传输间隙中的局域态之间的可变范围跳跃。在这里，我们报道了通过解链碳纳米管10制成的单层和双层纳米带量子点表现出定义明确的量子输运现象，包括库仑阻塞、近藤效应、高达~ 20 meV的清晰激发态和非弹性共隧穿。随着本征量子限制带隙和高电导率的签名，我们的数据表明，纳米带在低温下表现为干净的量子线，并且不受缺陷的支配。
2011-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge Transport in Disordered Graphene-Based Low Dimensional Materials
二维石墨烯、碳纳米管和石墨烯纳米带代表了一类新型的低维材料，可以作为未来碳基纳米电子学的构建块。虽然这些系统共享相似的基本电子结构，其确切细节取决于限制效应，但当无序开始发挥作用时，就会出现关键的差异。在这篇简短的综述中，我们考虑了这些材料的输运性质，特别强调石墨烯纳米带的情况。在总结了无缺陷系统的电子和输运性质后，我们专注于模型无序势（安德森型）的影响，并说明了输运性质如何对潜在的对称性敏感。我们提供了碳纳米管和石墨烯纳米带的弹性平均自由程的解析表达式，并讨论了弱和强的本地化制度，这是真正依赖于传输维数的发病。我们还考虑了石墨烯纳米带的边缘无序和粗糙度与扶手椅或锯齿形取向的关系。
2008-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Kohn Anomalies in Graphene Nanoribbons
研究了石墨烯纳米带中$Γ$点光学声子模（Kohn反常）能量的量子修正。我们从理论上证明了纵向光学模式经历了科恩反常效应，而横向光学模式没有。相对于拉曼光谱，我们表明，纵向模式是不拉曼活性的锯齿形边缘附近，而横向光学模式是不拉曼活性的扶手椅边缘附近。这些结果是有用的，通过G带拉曼光谱识别石墨烯纳米带的边缘的取向，如实验所示。指出了纳米带和金属单壁纳米管的Kohn异常的不同之处，并用赝自旋效应解释了我们的结果。
2009-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Screening of the Coulomb interaction in Carbon Nanotubes: A First-Principles cRPA study
University of Guilan（吉兰大学）
采用第一性原理cRPA方法研究不同手性碳纳米管中长程库仑相互作用的电子屏蔽，发现屏蔽效率依赖于金属性、手性和能带拓扑，且扶手椅型和锯齿型纳米管屏蔽效率显著不同。
2026-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Microwave heating as a universal method to transform confined molecules into armchair graphene nanoribbons
扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRs）具有中等的直接带隙，是制备新型纳米器件的潜在材料。AGNR通常通过在基底表面聚合前体分子来合成。但是，它很耗时，不适合大规模生产。AGNR也可以通过炉退火在单壁碳纳米管内转化前体分子来生长，但所获得的AGNR通常是扭曲的。在这项工作中，微波加热应用于前体分子转化成AGNRs。快速加热过程允许在几秒钟内合成AGNR。几种不同的分子被成功地转化为AGNRs，这表明它是一种通用的方法。更重要的是，拉曼光谱，像差校正的高分辨率透射电子显微镜和理论计算表明，较少扭曲的AGNRs合成的微波加热比炉退火。我们的研究结果揭示了一条快速大规模生产AGNRs的路线，这将有利于未来在新型AGNRs基半导体器件中的应用。
2023-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Edge Effects in Finite Elongated Graphene Nanoribbons
我们分析的相关性，有限尺寸效应的电子结构的长石墨烯纳米带使用分而治之的密度泛函方法。我们发现，对于氢封端的石墨烯纳米带，在40 nm的长度处恢复了无限石墨烯纳米带的态密度中出现的大部分物理特征。然而，即使是最长的系统（72纳米长）考虑明显的边缘效应出现在附近的费米能量。这些边缘状态的权重与带的长度成反比，并且预期它们仅在微米量级的带长度处变得可忽略不计。我们的研究结果表明，在设计基于石墨烯纳米带的新型纳米电子器件时，应仔细考虑有限尺寸和边缘效应。这些结论预计将适用于其他一维系统，如碳纳米管，导电聚合物和DNA分子。
2007-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Realization of multiple topological states and topological phase transitions in (4,0) carbon nanotube derivatives
本研究提出(4,0)碳纳米管衍生物作为平台，通过紧束缚模型和第一性原理计算，实现从一维到三维的多种拓扑态及拓扑相变，为拓扑碳材料家族增添新成员。
2023-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of the partially hydrogenated armchair carbon nanotubes
采用基于密度泛函理论的赝势方法研究了氢化对扶手椅型单壁碳纳米管电子性质的影响。计算表明，强烈的偏好形成单原子H链沿（5，5）纳米管轴与H绑定在一个无限的H链达到每原子2.58 eV的值。在形成H吸附原子链时，最初金属（5，5）纳米管将电子结构改变为半导体。$\sim$ 0.6 eV的带隙的开放伴随着铁磁有序的磁矩在H链附近的C原子上的反铁磁耦合。这些电子性质与先前在具有锯齿形边缘的窄石墨烯纳米带中观察到的那些惊人地相似。
2011-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface States in Carbon Nanotube Junctions: Rolling up graphene
研究了碳纳米管分子内非手性管结中界面态的起源。通过将Born-von Karman边界条件应用于扶手椅和扶手椅终止的石墨烯层之间的界面，我们能够解释它们的数量和能量。我们发现，这些界面状态，costumarily归因于拓扑缺陷的存在下，实际上是与锯齿形边缘状态，如那些石墨烯锯齿形纳米带。空间本地化的界面状态被认为是变化很大，并可能延伸到任何一侧的交界处。我们的研究结果给出了一个不寻常的衰减长度测量半导体纳米管结的界面态的另一种解释，并可以进一步测试本地探针光谱。
2009-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Room-Temperature High On/Off Ratio in Suspended Graphene Nanoribbon Field Effect Transistors
我们已经制造了悬浮几层（1-3层）石墨烯纳米管场效应晶体管从解压缩多壁碳纳米管。电输运测量表明，电流退火有效地去除了悬浮的石墨烯纳米带上的杂质，揭示了石墨烯的固有双极传输特性。进一步增加退火电流在带中产生窄的收缩，导致形成大的带隙和随后的高开/关比（其可以超过104）。这种制造的器件是热稳定和机械稳定的：重复的热循环对它们的电性能几乎没有影响。该工作首次表明，通过控制电流退火可以在相对宽的石墨烯纳米晶（15 nm ~50 nm）中实现室温下的双极场效应特性和高开/关比。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mechanical properties of Graphene Nanoribbons
在此，我们采用密度泛函理论在GGA-PBE近似下研究了锯齿形石墨烯纳米带在应力作用下的结构、电子和力学性质。沿周期方向施加单轴应力，允许在+/-0.02%范围内的单一变形。力学性能在该范围内表现出线性响应，而对于较高的应变则表现出非线性依赖性。最相关的结果表明，杨氏模量是相当高的石墨烯和碳纳米管的测定。在边缘处的C-C键的几何重构使纳米结构硬化。电子结构特征在这种线性弹性状态下对应变不敏感，这是在不久的将来在纳米电子器件中使用碳纳米结构的另一个希望。
2009-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Half-metallic zigzag carbon nanotube dots
采用第一性原理对锯齿形碳纳米管的电子性质和半金属性质进行了全面的理论研究。与以往的报道不同，我们发现，所有的纳米管研究提出了一个自旋极化的基态，相反的自旋是本地化的两个锯齿形的边缘在一个远程antiferomagnetic配置。不同自旋状态的相对稳定性分析表明，对于较短的链段，即使在室温下也应该存在自旋有序。发现有限体系的最高占据和最低未占据分子轨道之间的能隙与纳米管段的长度成反比，从而提出了控制其电子性质的途径。与锯齿形石墨烯纳米带的情况类似，在外部轴向电场的影响下获得半金属行为。
2008-06-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Topological effect on thermal conductivity in graphene
通过分子动力学模拟，比较了石墨烯纳米带、碳纳米管和类石墨烯条（MGS）的导热性能，研究了拓扑结构对导热性能的影响.研究发现，MGS的热导率不到石墨烯纳米带的一半。MGS获得如此低的热导率的潜在机制可以归因于增强的声子-声子散射和局域化性质，这是由Mobius带的非平凡拓扑结构引起的。此外，通过计算MGS的尺寸，较低的长度/宽度比降低了其热导率，因为声子-声子散射和局部化可能会进一步提高。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci
On-surface synthesis of graphene nanoribbons with zigzag edge topology
石墨烯基纳米结构表现出广泛的令人兴奋的电子特性，在扩展的石墨烯中是不存在的。例如，碳纳米管和扶手椅型石墨烯纳米带（AGNR）中的量子限制导致与其结构边界条件直接相关的大量电子带隙的开放。更有趣的是具有锯齿形边缘的纳米结构，预计这些纳米结构将具有自旋极化的电子边缘态，因此可以作为石墨烯基自旋电子学的关键元素。最突出的例子是锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs），其边缘状态被预测为沿着边缘铁磁耦合，并在它们之间反铁磁耦合。到目前为止，尚未实现对专门设计和控制的锯齿形边缘拓扑结构的自旋极化边缘态的直接观察。这主要是由于当前自顶向下方法的有限精度，这导致边缘结构定义不佳。另一方面，自下而上的制造方法到目前为止只成功地应用于AGNR和相关结构的生长。在这里，我们描述了成功的自下而上的合成ZGNRs，这是由表面辅助的colligation和环化脱氢的专门设计的前体单体，包括碳基团，产生原子精确的锯齿形边缘。利用扫描隧道谱，我们证明了具有大的能量分裂的边缘局域态的存在。我们预计，ZGNRs的可用性将最终允许表征其预测的自旋相关特性，如自旋限制和过滤，并最终将自旋自由度添加到基于石墨烯的电路中。
2015-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Carbon Nanoscrolls at High Impacts: A Molecular Dynamics Investigation
近年来，纳米结构在高应变率条件下的行为一直是人们感兴趣的对象。例如，最近的实验研究表明，在高速冲击下，碳纳米管可以解压缩，从而形成石墨烯纳米带。碳纳米卷（CNS）是尚未研究其高冲击行为的结构之一。CNS是卷成纸草状结构的石墨烯膜。它们独特的开放式拓扑结构导致了封闭式结构（如纳米管）中没有的特性。在这里，我们报告了一个完全原子反应分子动力学研究的行为CNS碰撞在高速固体目标。我们的研究结果表明，速度和滚动轴方向是关键参数，以确定所产生的形成纳米结构后的影响。涡旋开口端和基底的相对取向也非常重要。我们观察到，对于适当的速度和方向，纳米卷可以经历大的结构变形和大规模的断裂。我们还观察到展开（滚动回到平面或准平面石墨烯膜），解压缩产生纳米带，以及新化学键断裂和/或形成的显著重建。另一个有趣的结果是，如果CNS用它们的开口端冲击基底，对于一定的速度，观察到熔融的涡卷壁。
2016-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Edge effects in finite elongated carbon nanotubes
研究了有限尺寸效应对长锯齿形和扶手椅形碳纳米管电子结构的重要性。我们分析了封端的（6，6），（8，0）和（9，0）单壁碳纳米管的电子结构作为其长度的函数，最多60 nm，使用分而治之的密度泛函理论的方法。对于所研究的金属纳米管，在40 nm的长度处恢复了无限碳纳米管的态密度中出现的大部分物理特征。所研究的（8，0）半导体纳米管在能隙内表现出明显的边缘效应，该边缘效应与纳米管的长度成反比。结果，能隙从针对周期系统计算的~1 eV的值减小到针对加帽的62 nm长CNT计算的~ 0.25eV的值。这些边缘效应预期仅在管长度超过6微米时变得可忽略不计。我们的研究结果表明，仔细剪裁的性质的系统和它的盖帽单位时，应适用于设计新的纳米电子器件的基础上碳纳米管。这些结论预计将适用于其他一维系统，如石墨烯纳米带，导电聚合物和DNA分子。
2006-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantum Size Effects in the Atomistic Structure of Armchair-Nanoribbons
采用密度泛函理论（DFT）在Kohn-Sham公式下研究了氢封端的扶手椅型石墨烯纳米带（AGNR）的量子尺寸效应.将制定“选择规则”，其允许从四个石墨烯分散片开始提取（近似地）AGNR带的电子结构。与碳纳米管的情况类似，三倍的周期性的激发间隙与带状宽度（N，每碳片的碳原子数）的预测是由从头计算结果证实。虽然传统上这种周期性会在电子响应实验中观察到，但本文提出的DFT分析表明，它也可以在带状几何形状中看到：具有L个切片的带状物的长度接近非常大的宽度1 << N的极限值（保持纵横比小N << L），具有显示电子选择规则的1/N振荡。振荡幅度如此之强，以至于渐近行为是非单调的，即，较宽的带比较窄的带具有更强的伸长。
2011-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the junction physics of Schottky contact of (10, 10) MX2 (MoS2, WS2) nanotube and (10, 10) carbon nanotube (CNT): an atomistic study
MoS 2和WS 2的扶手椅型纳米管提供了相当大的带隙，具有一维（1D）电子材料的优点，但没有纳米带的边缘粗糙度和热力学不稳定性。这种半导体MX2（MoS 2，WS 2）扶手椅型纳米管（NT）与金属碳纳米管（CNT）的结合使用可以证明对纳米电子学和光子学应用是有用的。在这项工作中，原子模拟的MoS 2 NT-CNT和WS 2 NT-CNT结进行了研究这种结的物理。利用密度泛函理论（DFT）研究了这种MX 2 NT-CNT一维结的载流子密度分布、有效电势、电子差密度、电子局域化函数、静电差电势和投影局域态密度。然后用非平衡格林函数（NEGF）方法研究了这种结在中等偏压下的电导。从NEGF模拟的正向偏压特性，我们提取结的二极管参数。从DFT的静电模拟表明，形成一个不均匀的肖特基势垒的倾向，从金属和硫族元素原子向C原子的电荷转移。对于低偏压条件，理想因子计算为MoS 2 NT-CNT结为1.1322，WS 2 NT-CNT结为1.2526。肖特基势垒高度显示出显著的偏压依赖性调制，并且计算出MoS 2 NT-CNT的肖特基势垒高度在0.697 - 0.664eV的范围内，WS 2 NT-CNT的肖特基势垒高度在0.669- 0.610eV的范围内。
2017-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamical Formation of Graphene and Graphane Nanoscrolls
University of Brasília（巴西利亚大学）；University of Campinas（坎皮纳斯大学）；Federal Institute of Education, Science and Technology of Piauí（皮奥伊联邦教育、科学和技术学院）
本研究通过分子动力学模拟探究氢化与温度对碳纳米带自卷曲形成碳纳米卷的影响，对比三种含石墨烯、石墨烷与碳纳米管的构型，明确了不同构型下纳米卷形成的温度范围差异。
2021-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrostatic deposition of graphene in a gaseous environment: A deterministic route to synthesize rolled graphenes?
合成具有所需直径和手性的单壁碳纳米管（SWCNT）对于设计具有所需性质的纳米级电子器件至关重要。1 -6现有方法基于自组装，7- 1 - 6因此缺乏对其直径和手性的控制。目前的工作报告了一个直接的路线滚动石墨烯。具体地，我们发现石墨烯的静电沉积产生：（i）在高真空（10-7托）下的平坦石墨烯层，（ii）在氢气气氛下完全卷曲的石墨烯，（iii）在氮气气氛下部分卷曲的石墨烯，以及（iv）对于氦气气氛没有卷曲。我们的研究表明，静电场的应用促进了暴露于适当气体的石墨烯片的滚动，并允许任何尺寸的石墨烯的滚动。这里提出的技术，结合生产均匀宽度的石墨烯纳米带（GNRs）的技术，将对基于碳纳米管的器件的发展产生重大影响。此外，本技术可应用于获得其它层状材料的管/卷。
2008-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Catalytic growth of ultralong graphene nanoribbons on insulating substrates
石墨烯纳米带（GNRs）具有几个纳米的宽度，由于其结构可调的带隙，载流子迁移率和优异的稳定性，是未来纳米电子应用的有希望的候选者。然而，在绝缘衬底上直接生长微米长的GNRs，这对于制造纳米电子器件至关重要，仍然是一个巨大的挑战。在这里，我们报告的GNRs的绝缘六方氮化硼（h-BN）衬底上的外延生长通过纳米粒子催化的化学气相沉积（CVD）。合成了长度可达10 μm的超窄GNRs。值得注意的是，生长的GNR与h-BN衬底在晶体学上对齐，形成一维（1D）莫尔超晶格。扫描隧道显微镜揭示了导电石墨衬底上生长的类似GNRs的平均宽度为2 nm，典型带隙为约1 eV。完全原子的计算模拟支持的实验结果，并揭示了GNRs和碳纳米管（CNT）的形成过程中的成核阶段，和范德华滑动的GNRs在h-BN衬底上的整个生长阶段之间的竞争。我们的研究提供了一种可扩展的单步方法，用于在绝缘衬底上生长微米长的窄GNR，从而开辟了一条探索高质量GNR器件性能和一维莫尔超晶格基础物理的途径。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structures of Porous Nanocarbons
我们使用大规模从头计算来描述石墨烯、石墨烯纳米带和周期性穿孔纳米孔的碳纳米管的电子结构。我们揭示了这些系统的共同特征，并开发了一个统一的图片，使我们能够分析预测和系统地表征纳米碳与不同大小和类型的纳米孔的超晶格中的金属-半导体转变。这些具有高度可调能带结构的新型材料在电子学、光探测和分子传感等领域有着广泛的应用前景。
2011-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spatially Resolving Spin-split Edge States of Chiral Graphene Nanoribbons
石墨烯相关研究领域的一个中心问题是，当石墨烯在纳米尺度上以不同的边缘几何形状图案化时，石墨烯的行为如何。也许与这个问题相关的最基本的形状是石墨烯纳米管（GNR），一种窄的石墨烯条，根据切割的角度可以具有不同的手性。这种GNR已经被预测表现出广泛的行为（取决于它们的手性和宽度），包括可调谐的能隙和存在独特的一维（1D）边缘状态与不寻常的磁性结构。到目前为止，大多数实验探索的GNR都是通过电导率来表征的，使得电子结构和局部原子几何形状之间的关键关系不清楚（特别是在边缘）。在这里，我们提出了一个亚纳米分辨扫描隧道显微镜（STM）和光谱（STS）的GNRs的研究，使我们能够研究GNR的电子结构如何取决于原子定义良好的GNR边缘的手性。这里使用的GNR是通过碳纳米管（CNT）解链方法化学合成的，该方法允许GNR宽度、长度、手性和基底的灵活变化。我们的STS测量揭示了1D GNR边缘状态的存在下，其空间特性密切匹配GNR的类似的宽度和手性的理论预期。我们观察到GNR边缘态能带中依赖宽度的分裂，为其磁性本质提供了令人信服的证据。这些结果证实了新的电子行为预测GNRs与原子干净的边缘，从而打开了大门，一个全新的应用领域，利用独特的磁电性能的手性GNRs。
2011-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Electronic and Mechanical Properties of TPDH-Nanotube: Insights from Ab initio and Classical Molecular Dynamics Simulations
本研究结合密度泛函理论和经典分子动力学，全面分析了新型碳同素异形体纳米管 TPDH-NT 的电子与力学性质，发现其具有结构稳定性、手性依赖的力学响应及金属/半导体特性。
2024-06-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Advancing CMOS with Carbon Electronics
对碳基晶体管沟道材料，如单壁碳纳米管（CNT）和石墨烯纳米带（GNR）在未来电子应用中的新面貌。虽然理论预测最初承诺GNR（确实具有带隙）将与基于CNT的晶体管表现相同，但到目前为止，表现良好的晶体管行为的实验证据仍然缺失。将讨论这些缺点的可能原因以及克服业绩差距的可能解决办法。与GNR相比，短沟道CNT场效应晶体管（FET）在实验实现中展示出几乎理想的晶体管特性，低至非常低的偏置电压。因此，CNT-FET是未来CMOS开关研究的领跑者，将实现进一步的电压和栅极长度缩放。将讨论和基准测试区别于替代解决方案的CNT-FET的基本功能。最后，工业晶圆级规模的单壁碳纳米管集成的差距将得到解决，实现高度对齐的碳纳米管织物的战略将进行讨论。如果没有如此高的产量晶圆级集成，单壁碳纳米管电路将是一个虚幻的梦想。
2014-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonreciprocal plasmons in one-dimensional carbon nanostructures
Max-Born-Institut（马克斯·玻恩研究所）；Center for Nanophotonics, NWO Institute AMOLF（纳米光子学中心，NWO AMOLF研究所）；ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques, The Barcelona Institute of Science and Technology（ICFO-光子科学研究所，巴塞罗那科学技术研究所）；ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats（ICREA-加泰罗尼亚研究高级学院）；POLIMA—Center for Polariton-driven Light–Matter Interactions, University of Southern Denmark（POLIMA-极化激元驱动光物质相互作用中心，南丹麦大学）；Danish Institute for Advanced Study, University of Southern Denmark（丹麦高等研究院，南丹麦大学）
本研究通过偏置石墨烯纳米带和碳纳米管实现非互易等离子体控制，揭示电偏压可打破互易性，为非互易纳米光子学提供新平台。
2025-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
