Hydrating and dehydrating dynamics process as an ion entering a carbon nanotube
本文提出一个考虑离子与纳米管相互作用及取向竞争效应的理论模型，准确预测离子进入碳纳米管时的水合结构变化和自由能曲线，并与分子动力学模拟结果吻合。
2023-11-30 cond-mat.mes-hall
Equilibrium and Kinetics: Water Confined in Carbon Nanotube as 1D Lattice Gas
提出了一个简单的一维格子气模型，该模型很好地描述了原子分子动力学（MD）模拟{[} Nature { \bf 414}，188（2001）{]}中发现的薄碳纳米管中限制的水的平衡和动力学行为。模型参数与各种物理相互作用相对应，可以在统计力学中计算或估计。在充水、排水和输水过程中，每一种相互作用的作用都得到了清楚的理解。我们的结果表明，单列动力学的物理图像是非常简单的。
2002-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
An Analytic Model for Nano Confined Fluids Phase-Transition (Applications for Confined Fluids in Nanotube and Nanoslit)
在这份报告中，一个分析模型来预测相变的受限流体在纳米系统中，它是用来预测的行为的受限流体在纳米管和纳米缝。在我们的方法中，除了包括一个第三自由度，由于壁面效应来定义系统的状态，张量的压力字符被认为是。利用统计力学的微扰理论，证明了范德瓦尔斯状态方程对小系统和大系统同样有效。所提出的模型被证明是预测液-汽相变以及在任何尺寸的受限流体系统的临界点。临界温度随纳米系统尺寸的增大而增大，当纳米管直径（或纳米缝宽度）趋于无穷大时，临界温度达到宏观临界温度值。该模型还可以解释受限纳米体系在相变过程中局部密度和相破碎的存在。
2018-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Confined Electron and Hole States in Semiconducting Carbon Nanotube sub-10 nm Artificial Quantum Dots
我们表明，半导体单壁碳纳米管的价带和导带的量子限制可以通过人工缺陷来设计。这种能力具有设计未来基于纳米管的量子器件的潜力，例如在电信波长发射的电驱动室温单光子源。使用Ar $^{+}$和N $^{+}$离子诱导的缺陷，intranotube量子点与子10 nm的横向尺寸创建，产生量子化的电子束缚态的水平间距的顺序为100 meV和更大。使用低温扫描隧道光谱，我们解决了量子化态的能量和实空间特性，并与理论模型计算进行比较。通过求解一维分段恒势模型下的薛定谔方程，很好地再现了Au（111）衬底中不均匀缺陷散射强度以及表面变化对量子态结构的影响。此外，使用从头计算，我们表明，缺陷结构，如空位，双空位和化学吸附氮原子构成强散射中心，能够形成量子点与实验观察到的离散束缚态的清晰签名。从头算模拟还允许研究散射强度分布作为不同缺陷组合的能量的函数，支持在室温下用于实际应用的高度稳定的双空位的潜力。
2018-03-04 cond-mat.mes-hall
Thermodynamics of Water Entry in Hydrophobic Channels of Carbon Nanotubes
实验和计算机模拟表明，水自发地填充碳纳米管的疏水空腔。为了从热力学的角度对这一现象进行定量分析，我们采用两相热力学（2PT）方法计算了单壁碳纳米管中水分子的平移熵和旋转熵，结果表明，水分子在碳纳米管中能量的增加可以通过旋转熵的增加得到补偿。承压水与本体水处于平衡状态，在模拟结果的精度范围内，承压水的单位水分子亥姆霍兹自由能与本体水的单位水分子亥姆霍兹自由能相同。限制在碳纳米管与散装水的水分子的平移和旋转光谱的比较显示显着的位移的光谱峰的位置是直接相关的管半径。
2011-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Electronic structure of (1e,1h) states of carbon nanotube quantum dots
我们提供了一个原子紧束缚描述的双极（n-p）双量子点定义在半导体碳纳米管的几个载流子。我们把注意力集中在系统的电荷状态上，在该系统中观察到泡利阻塞电流[F。Pei等人，Nat. Nanotechnol. 7，630（2012）; E. A. Laird等人，ibid 8，565（2013）]，在n点中具有单个过量电子，在p点中具有单个空穴。我们使用组态相互作用的方法来确定的自旋谷结构的状态附近的中性点，并讨论其后果的interdot交换相互作用，简并的能谱和限制态的对称性。我们计算了解除泡利封锁的跃迁能，并分析了它们对磁场矢量的依赖关系。此外，我们介绍了弯曲的纳米管，并证明其对跃迁能谱的影响。最好的定性协议与实验数据观察到偏转的纳米管在门控领域中的载流子约束诱导。
2016-04-12 cond-mat.mes-hall
Thermal transport of confined water molecules in quasi-one-dimensional nanotubes
本文利用准一维非平衡分子动力学模拟研究碳纳米管内受限水的热导率，揭示单链水的长度次线性依赖及单层水热导率增强机制。
2024-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
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
Two-electron n-p double quantum dots in carbon nanotubes
研究了半导体碳纳米管中n-p双量子点的电子态。我们描述了扩展的单电子轨道的形成起源于传导和价带限制在一个最小和最大的外部电位，分别。我们解决了一个封闭的电子对使用严格的对角化方法内的紧束缚的方法，它允许一个简单的治疗的传导和价带状态，保持一个精确的帐户介导的原子缺陷和电子-电子相互作用的谷间散射的问题。在n-p系统中，交换相互作用--在单极双点中几乎与轴向磁场（B）无关，并形成类单重态和类三重态--只出现在B的选定态和窄间隔中。特别是n-p双点的基态能级不被交换相互作用分裂，并且在零磁场下仍然保持四重简并，这也是因为点之间存在强的隧道耦合。
2015-02-09 cond-mat.mes-hall
Trion confinement in monolayer MoSe2 by carbon nanotube local gating
我们已经成功地限制trions到一个一维的限制空间的MoSe 2器件与CNT栅电极。干转移过程，包括确定性的干转移对齐的CNT，导致hBN封装的MoSe 2器件与CNT背栅电极。与没有CNT栅电极的位置相比，经由CNT栅电极施加电压显著改变了具有CNT栅电极的位置处的PL光谱。PL成像已经揭示，来自trions的图像对比度沿着下方的CNT电极是线性的，与trions响应于CNT局部门控的1D限制一致。从PL图像中获得的限制宽度为5.5 × 10^2 nm，与具有衍射极限加宽的纳米级1D限制trions一致。这项工作已经证明了电控制的激子状态在纳米尺度上，导致新的光电性能和激子器件的未来。
2022-07-15 cond-mat.mes-hall
ESR evidence for disordered magnetic phase from ultra-small carbon nanotubes embedded in zeolite nanochannels
多频电子自旋共振（ESR）研究提供了在沸石纳米通道中限制的亚纳米单壁碳纳米管的排列阵列中发生低温铁磁/自旋玻璃行为的证据，这是由于sp2型非键合碳相关局域态的密度为约3 × 1019 /g。未检测到与备受期待的传导ESR相关的特征。在顺磁相，ESR线宽被发现是弱依赖于微波频率。
2010-06-24 cond-mat.mes-hall
Can impact excitation explain efficient carrier multiplication in carbon nanotube photodiodes?
我们解决了最近的实验（Science 325，1367（2009）），其报道了在载流子倍增阈值（准粒子带隙的两倍）附近的光子能量下碳纳米管光电二极管中电子-空穴对的高效倍增。这一结果是令人惊讶的，在最近的实验和理论工作的多激子产生在其他受限制的材料，如半导体纳米晶体。我们提出了一个详细的机制，载流子动力学和碰撞激发的基础上，导致高效的电子空穴对倍增。我们讨论了重要的时间和能量尺度的问题，并提供了温度和二极管的长度的作用的分析。
2010-05-15 cond-mat.mes-hall
Unifying the low-temperature photoluminescence spectra of carbon nanotubes: the role of acoustic phonon confinement
在低温下，单壁碳纳米管的光致发光显示出各种各样的光谱轮廓，从悬浮纳米管中的超窄线到宽的和不对称的线形，这些线形在激子-声子耦合方面困扰着当前的解释。在这里，我们提出了一套完整的光致发光矩阵嵌入纳米管，包括前所未有的窄发射线。我们表明，在纳米管的低温发光分布的多样性起源于其低能量声学声子模式的微小修改。当低能量模式被局部抑制时，恢复了窄至0.7 meV的尖锐的光致发光线。此外，具有特定温度依赖性的多峰发光曲线显示存在受限声子模式。
2014-06-03 cond-mat.mes-hall
Current hot spot in the spin-valley blockade in carbon nanotubes
本文从理论上研究了直碳纳米管中双量子点的自旋谷阻塞输运效应。我们发现，由于短程杂质的谷间散射完全解除了自旋谷封锁，并在一定范围内的外部磁场矢量感应出大的漏电流。这种电流热点的出现是由于不同的有效磁场作用于两个量子点的自旋谷量子比特态。我们的预测与最近的测量结果进行了比较[F。Pei等人，国家纳米技术7，630（2012）]。我们讨论了封锁为基础的计划量子位初始化/读出，和运动传感的纳米管为基础的机械谐振器的影响。
2014-01-29 cond-mat.mes-hall
Strong exciton-plasmon coupling in semiconducting carbon nanotubes
本文从理论上研究了小直径（~1 nm）半导体单壁碳纳米管的激子态与表面电磁模的相互作用。我们发现，这些相互作用可以导致强激子表面等离子体激元耦合。激子吸收线的形状表现出拉比分裂约0.1 eV的激子能量被调谐到最近的带间表面等离子体共振的纳米管。我们还表明，量子限制斯塔克效应可以作为一种工具来控制激子结合能和碳纳米管中的纳米管带隙，例如，以使激子总能量与最近的带间等离子体激元模式共振。激子-等离子体拉比分裂，我们预测在这里为一个单独的碳纳米管是接近其幅度的混合等离子体纳米结构人工制造的有机半导体金属薄膜上先前报道。我们期望这种效应为半导体碳纳米管的新型可调光电子器件应用开辟道路。
2009-07-08 cond-mat.mes-hall
Spin-valley resolved photon-assisted tunneling in carbon nanotube double quantum dots
研究了半导体碳纳米管中静电诱导双量子点的光子辅助隧穿（PAT）和Landau-Zener-Stueckelberg（LZS）干涉。本文采用原子紧束缚方法和含时组态相互作用方法，对有限电子和空穴系统进行了描述。我们再现了最近观察到的量子双点描述跨空穴局域态的传输的LZS干涉图案。此外，我们指出，对于电荷配置的基态是泡利阻止PAT可以用于分辨率的过渡，涉及自旋翻转或谷间过渡没有自旋谷保存背景信号。
2017-02-28 cond-mat.mes-hall
Zener quantum dot spin filter in a carbon nanotube
我们预测和分析了半导体碳纳米管中的一种新型自旋过滤器。通过使用局部静电门，可以调制导带和价带以形成双势垒结构。价带下方的受限区域限定了齐纳量子点，其表现出共振隧穿。共振在磁场中分裂，制成双极自旋滤波器，用于自旋电子学和量子信息处理。我们使用k*p包络函数理论对此进行建模，并表明这与相应的紧束缚计算非常吻合。
2006-02-02 cond-mat.mes-hall
Light Control over Chirality Selective Functionalization of Substrate Supported Carbon Nanotubes
重氮鎓与碳纳米管的反应形成光学$sp^3$缺陷，可用于光学和电子电路。我们调查了一个直接的设备上的反应支持受限的激光照射，并提出了一种技术，其中任意的碳纳米管可以优先功能化的设备内匹配的光频率与其跃迁能量。在（9，7）纳米管和4-溴苯基重氮四氟硼酸盐之间进行示例性反应。衬底支撑的多个半导体手性纳米管局部暴露于激光，同时通过拉曼光谱原位监测反应动力学。通过共振拉曼光谱证实了反应的手性选择性，仅报告了目标物质的10 meV $E_{22}$跃迁能量红移。我们进一步证明了这种方法的单管（9，7）电致发光器件，并显示了25毫电子伏的红移发射的基态$E_{11}$相比，从原始管的发射。
2022-05-18 cond-mat.mes-hall
Persistent currents and magnetic flux trapping in fragments of carbon deposits containing multiwalled nanotubes
结果发现，具有高含量的多壁纳米管的阴极碳沉积物的碎片的样品的磁化曲线表现出明显的不可逆性，证明在样品中的持续电流的感应和磁通量捕获，发生在多连接的超导结构。在低（氦）温度下，测量时间约为20小时，无法观察到捕获通量随时间的减少。对于中间（~ 30 K）和室温下的捕获磁通量衰减缓慢的特征弛豫时间的顺序分别为150和15小时。
1999-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Anomalous Aharonov--Bohm gap oscillations in carbon nanotubes
由磁通量穿透碳纳米管引起的间隙振荡代表了在纳米尺度上Aharonov-Bohm效应的最壮观的观测之一。然而，我们对这种效应的理解是基于这样一个假设，即电子被严格限制在管表面上，在不受曲率效应影响的轨道上。使用基于密度泛函理论的从头算方法，我们表明，这一假设失败在纳米尺度诱导重要的修正物理的Aharonov-Bohm效应。曲率效应和电子密度溢出的纳米管表面被示出打破间隙振荡的周期性。我们预测了这种异常Aharonov-Bohm效应在半导体和金属管中的关键唯象特征，以及在多壁纳米管的低通量区域中存在大的金属相，还提出了可能的实验来验证我们的结果。
2011-06-28 cond-mat.mes-hall
Hyperfine interaction and electron-spin decoherence in graphene and carbon nanotube quantum dots
我们解析计算了单电子在碳纳米管或石墨烯量子点中的核自旋相互作用。虽然石墨烯中的导带态是p型的，但碳纳米管中的相应态由于曲率而为sp杂化。这导致了各向同性和各向异性超精细相互作用之间有趣的相互作用。通过仅使用分析方法，我们能够显示相互作用强度如何取决于重要的物理参数，如曲率和同位素丰度。我们发现，对于所研究的碳结构，13 C超精细耦合强度小于1 μ-eV，并且相关的电子自旋退相干时间可以预期为几十微秒或更长，这取决于自旋携带13 C核的丰度。此外，我们发现超精细诱导的奈特位移是高度各向异性的，无论是在石墨烯和纳米管的任意手性。
2009-09-09 cond-mat.mes-hall
Catalytic Formation of Narrow Nb Nanowires inside Carbon Nanotubes
我们提出了一种以前未探索的方法来形成Nb纳米线从NbCl $_3$分子内的碳纳米管（CNT）。我们已经研究了这个反应的从头算密度泛函计算，发现它是催化促进石墨碳的存在下。我们的研究结果表明，NbCl $_3$在CNT上的化学吸附伴随着~0.5个电子的电荷转移到纳米管壁，这显著地削弱了Nb-Cl键。我们发现Nb的bcc结构不受CNT内纳米线的小直径的影响。我们还确定了纳米线和周围纳米管之间的强共价键，其伴随着从表面Nb原子到纳米管的<0.5e的类似电荷转移。在受限的几何结构中，体Nb在E $_F$处的大电子态密度没有太大变化，这表明Nb的超窄纳米线可以保持其超导行为，并在准一维几何结构中形成约瑟夫森结，同时被包围的CNT结构保护免受环境影响。
2019-12-06 cond-mat.mes-hall
Contacts for organic switches with carbon-nanotube leads
分子器件作为未来的电子器件，寻求低电阻率的接触以节省能量。同时，接触应强化定制电子元件的期望特性。在这项工作中，我们把我们的注意力集中在两类有机开关连接到碳纳米管的引线和操作由于光或场诱导质子转移（PT）过程。通过对弹道电导的第一性原理原子模拟，我们寻找了能增强给定分子体系中两个互变异构体之间两个交换I-V特性差异的原子接触。我们强调，接触的低电阻特性不一定与开关特性一致。通常，更高的电流使得更难以区分分子器件的逻辑状态。相反，电阻性接触在互变异构转变处将电流齿轮放大到更大程度。低偏置和高偏置工作状态设定了附加条件，这些条件由不同的触点来满足。在某些情况下，过氧化物接触或直接连接到管比流行的硫接触性能更好。此外，我们发现开关偏置值不是导电分子的固有属性，但它强烈地依赖于所选择的接触。
2015-05-31 cond-mat.mes-hall
On quantum optical properties of single-walled carbon nanotube
通过引入量子化电磁场与单壁碳纳米管中受限电子的有效相互作用，研究了单壁碳纳米管的量子光学性质。我们的目的是探索电子输运在单壁碳纳米管的量子光学性质相关的量子相干性，如散射和发射的光子的干涉，聚束和反聚束的光子，其特征在于高阶相干函数。在强场极限下，研究了经典光驱动下电子的带间拉比振荡。我们还研究了单壁碳纳米管中相干电子在光泵或电子注入驱动下产生超辐射的可能激光机制，这些超辐射在单壁碳纳米管的高能带中产生电子布居数反转。
2009-04-30 cond-mat.mes-hall
Control of multiple excited image states around segmented carbon nanotubes
通过设计镜像势，可以限制分段碳纳米管周围的电子镜像态，并使其沿纳米管轴成形。我们展示了如何几个这样的图像状态可以同时准备沿同一纳米管。电子间距离可以通过设计特定几何形状的管来先验地控制。对外部电场和磁场的高灵敏度可以用来操纵这些状态和它们之间的长程相互作用。这些构建模块提供了一种新型定制的相互作用量子系统。
2015-08-24 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph
Orbital hyperfine interaction and qubit dephasing in carbon nanotube quantum dots
超精细相互作用（HF）对于固态量子信息处理的功能性至关重要，因为它影响量子比特相干性并使核自旋量子存储器成为可能。在这项工作中，我们完成了理论的基本超精细相互作用机制（费米接触，偶极，轨道）在碳纳米管量子点通过提供一个理论描述的轨道HF。我们发现，轨道HF诱导的纳米管晶格的核自旋之间的相互作用和限制在量子点中的电子的谷自由度。我们表明，由此产生的核自旋-电子谷相互作用（i）是大约伊辛型，（ii）基本上是本地的，在这个意义上，可以定义一个半径和点长度无关的原子相互作用强度，和（iii）具有原子相互作用强度，这是相媲美的费米接触和偶极相互作用的组合强度。我们认为，轨道HF提供了一个新的退相干机制的单电子谷量子比特和自旋谷量子比特在一系列的多谷材料。我们明确评估相应的非均匀退相时间$T_2^*$的纳米管为基础的谷量子位。
2014-09-09 cond-mat.mes-hall
Metallic Carbon Nanotubes as High-Current-Gain Transistors
低维金属输运是现代高性能晶体管的核心。虽然目前最好的器件是基于III-V异质结量子阱通道，但我们证明了更大的性能增益存在于一维碳纳米管的独特特性中。使用最近的实验数据，我们展示了如何在金属纳米管的简并载流子动力学的具体功能，使一类新的量子限制信号检测器，其电流增益超过目前的晶体管技术。我们通过微观守恒的量子动力学描述，分析了简并度和散射动力学对量子力学的关键相互作用。
2006-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Revealing the electronic structure of a carbon nanotube carrying a supercurrent
碳纳米管（CNT）本质上不是超导的，但当连接到超导电极时，它们可以携带超导电流。这种超电流主要是通过限制在纳米管中的离散纠缠电子-空穴态传输的，称为Andreev束缚态（ABS）。这些状态是介观超导性中的关键概念，因为它们提供了连接到超导引线的量子相干纳米结构（例如分子，纳米线，磁性或正常金属层）中的约瑟夫森效应的通用描述。我们在这里报告的第一个隧道光谱单独解决ABS，在纳米管超导体设备。分析的ABS光谱与栅极电压的演变，我们表明，ABS产生的分子的离散电子能级，它们揭示了这些水平的能量，它们的相对自旋取向和耦合的详细信息的领导。因此，这种测量构成了一个强大的新的光谱技术，能够阐明CNT为基础的设备，包括那些耦合良好的引线的电子结构。这与常规应用（例如超导或正常晶体管，SQUID）和量子信息处理（例如纠缠电子对生成，基于ABS的量子比特）相关。最后，我们的装置是一种新型的直流可测SQUID。
2010-08-02 cond-mat.mes-hall
A Universal Method to Transform Aromatic Hydrocarbon Molecules into Confined Carbyne inside Single-Walled Carbon Nanotubes
本文提出一种通用方法，将芳香烃分子填充到直径为0.9-1.3 nm的单壁碳纳米管中，经低温退火转化为限域卡拜，并验证了多种前驱体及模板的适用性。
2024-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Highly coherent spin states in carbon nanotubes coupled to cavity photons
量子点中的自旋被认为是量子信息处理的一个很有前途的平台。虽然许多先进的量子操作已经被证明，实验以及理论上的努力，现在集中在可扩展的自旋量子位架构的发展。一种特别有前途的方法依赖于自旋量子比特与微波腔光子的耦合。这将通过交换虚拟光子实现远距离自旋的耦合，用于两个量子比特门应用，这仍然需要用自旋量子比特来证明。在这里，我们使用一个电路QED自旋光子接口来驱动基于碳纳米管的双量子点中的单电子自旋。微波光谱允许我们识别具有退相干速率的电控自旋跃迁，该退相干速率可以被调谐到低至$250kHz$。我们表明，这个值是符合预期的超精细耦合在碳纳米管。这些相干特性，这可以归因于使用原始的碳纳米管钉在腔内，应该使相干自旋-自旋相互作用通过腔光子和比较有利的最近在硅基电路QED实验中证明。
2019-03-12 cond-mat.mes-hall
Stability and optoelectronic properties of oligothiophene molecules confined in boron-nitride nanotubes : A many-body theoretical approach
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Institut Néel（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，尼尔研究所）；Laboratoire de Physique Théorique, Université de Toulouse, CNRS（图卢兹大学理论物理实验室，法国国家科学研究中心）；Univ. Grenoble Alpes, CEA, IRIG-MEM-L_Sim（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国原子能和替代能源委员会，IRIG-MEM-L_Sim）
本研究采用多体理论方法，探究限域在氮化硼纳米管中的低聚噻吩分子的结构与光电性质，揭示了其结合能、滑动特性、带隙调控及激子相互作用等规律，修正了BN管仅作保护环境的结论。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall physics.comp-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
Evidence of a new quantum state of nano-confined water
深度非弹性中子散射提供了一种直接和精确测量水中质子动量分布的方法，其主要由质子基态波函数确定。我们发现，在20 A的尺度上的水限制，这个波函数响应的限制的细节，对应于一个强烈的非谐局部势，在某些情况下，在双井相干离域的证据，并涉及变化的零点动能的质子从-40到+120 meV的差异，在室温下的散装水。这种行为似乎是纳米级约束的一般特征。它在16 A内径碳纳米管，两种不同的水合质子交换膜（PEM），Nafion 1120和Dow 858中展示，并且在干凝胶和14 A直径碳纳米管中已经看到。PEM样品中的质子电导率与质子的相干离域程度相关。
2011-01-26 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Exciton-assisted optomechanics with suspended carbon nanotubes
我们提出了一个基于形变势激子-声子耦合在悬浮碳纳米管中诱导强光机效应的框架。使用非均匀轴向电场限制激子，该电场产生具有在毫电子伏范围内的能级间隔和在10纳米范围内的特征尺寸的光学活性量子点。横向场诱导量子点与纳米管弯曲模之间的可调参量耦合，该耦合由电子-声子相互作用介导。我们推导出相应的激子变形势，并表明这种相互作用使有效的光学基态冷却的基模，并可以让我们实现强和超强耦合制度的Jaynes-Cummings和拉比模型。
2012-11-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Absence of superfluidity in a quasi one-dimensional parahydrogen fluid adsorbed inside carbon nanotubes
吸附在扶手椅型碳纳米管中的仲氢的超流行为[M. Rossi和F. Ancilotto，Phys.Rev.B94，100502（2016）]通过第一原理计算机模拟被推翻。结论性的数值证据表明，低温平衡热力学相的仲氢吸附在（10，10）扶手椅型纳米管的特点是吸附在管的内表面上的结晶壳，以及分离的准一维中心柱，没有证据表明可能的流体或超流行为。相反，该系统是准晶体和非超流体;它的物理性质与过去广泛研究的类似受限环境中观察到的性质相同。对超流性的错误预测源于错误地使用了有效的一维相互作用势，该势没有描述纳米管中心的仲氢。
2017-02-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Spin-valley dynamics of electrically driven ambipolar carbon-nanotube quantum dots
考虑了由半导体碳纳米管上的电势变化定义的双极性$n$ - $p$双量子点。我们专注于（1 e，1h）电荷配置与一个多余的电子在导带状态限制在$n$型点和一个单一的丢失的电子在价带状态的$p$点，解除泡利封锁的电流被观察到在电偶极子自旋共振[E. A. Laird等人，Nat. Nanotech. 8，565（2013）]。利用Floquet理论和含时组态相互作用方法研究了周期电场驱动下系统的动力学行为，确定了原子紧束缚哈密顿量的单电子自旋谷轨道.我们发现，解除泡利封锁的过渡强烈的影响耦合到真空状态与一个空的$n$点和一个充满$p$点。这种耦合移动了跃迁能，并强烈地改变了轴向磁场的有效$g$因子。耦合是由点之间的偏置调制，但它似乎有效的（1 e，1h）基态和真空（0 e，0 h）状态之间的惊人的大能量分裂。多光子跃迁和高次谐波产生效应也进行了讨论。
2016-11-07 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
Collective tunneling of a Wigner necklace in carbon nanotubes
该研究针对碳纳米管中维格纳项链的集体隧穿问题，采用多种理论方法开展分析，验证了与实验的一致性，揭示了集体量子涨落对隧穿的增强效应。
2024-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Formation of Subgap States in Carbon Nanotubes Due to a Local Transverse Electric Field
我们引入两个简单的模型来研究空间局域横向电场对半导体碳纳米管低能电子结构的影响。从碳纳米管低能态的狄拉克哈密顿量出发，利用散射理论证明了在任意弱场作用下，自由纳米管带隙内局域电子态的形成.我们研究了这些subgap状态的结合能作为静电势的范围和强度的函数。当电势范围保持不变而强度变化时，结合能表现出交叉行为：在电势超过阈值之前，结合能靠近自由纳米管带边，超过阈值后结合能迅速增加。当势强度保持不变，范围是变化的，我们发现共振行为：结合能通过一个最大值作为潜在的范围增加。大的电场局限于一个小区域的纳米管需要创建远离能带边缘的局域状态。
2007-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Super-localization of excitons in carbon nanotubes at cryogenic temperature
在低温和单发射极水平下，单壁碳纳米管的光学性质与一维（1D）物体的光学性质截然不同。事实上，（通常是无意的）本地化的激子在当地的势阱导致近0D的行为，如光子反聚束，光谱扩散，不均匀加宽等，在这里，我们提出了一个高光谱成像的激子自定位效应在单纳米管水平使用超分辨光学显微镜的方法。我们报告的统计分布的陷阱定位，深度和宽度。我们使用准共振光致发光激发方法来探测受限的量子态。对量子态和激子扩散的数值模拟表明，界面无序对激子态有很大的影响，导致激子吸收谱的离散化和自由激子吸收的猝灭.
2019-07-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin-Orbit Effects in Carbon-Nanotube Double Quantum Dots
研究了在自旋轨道和库仑相互作用下，具有一个和两个静电约束电子的窄隙碳纳米管中对称双量子点的能谱。与GaAs量子点相比，由于自旋-轨道相互作用通过两个独立的耦合常数将电子的同位旋耦合到其真实自旋，因此光谱表现出更丰富的结构。在一个点中，两个常数结合起来将光谱分成两个Kramers双峰，而反对称常数单独控制点之间Kramers双峰的隧穿速率差异。对于双电子制度，自旋轨道分裂能谱的详细结构的研究作为一个函数的失谐量子点之间的22维希尔伯特空间内的单纵模模型的框架内。我们发现了一个竞争效应的隧道和库仑相互作用。前者有利于左右对称的两粒子基态，而在库仑作用大于隧穿作用的情况下，则存在左右反对称的基态，因此，在$(11)$ - $(02)$简并点两侧的基态可能具有相反的左右对称性，并且当从$(11)$ - $(02)$简并点的一侧到另一侧调谐系统时的电子动力学由三个选择规则（自旋、同位旋和左右对称性）控制。我们讨论了自旋退相和泡利封锁实验的影响。
2010-09-27 cond-mat.mes-hall
Ultrafast stratified diffusion of water inside carbon nanotubes. Direct experimental evidence with 2D (D-T2) NMR spectroscopy
水，当被限制在纳米级时，获得了非凡的传输特性。然而，在纳米级分辨率下，还没有直接的实验证据证明这些特性。在这里，通过使用2D NMR扩散-弛豫（D-T2）和自旋-晶格-自旋-自旋弛豫（T1-T2）光谱，我们成功地解决了在单壁和双壁碳纳米管（SWCNT/DWCNT）的纳米尺度上的水扩散。在单壁碳纳米管中，光谱显示出限制在一维的均匀水扩散的特征形状。值得注意的是，在DWCNTs水分裂成两个轴向组件与内部一个获得不寻常的流动特性：高脆性，超快自扩散系数，和“刚性”的分子环境，揭示了分层的合作运动机制的基础上快速扩散水饱和的碳纳米管。
2017-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Relative stability of excitonic complexes in quasi-one-dimensional semiconductors
一个配置空间的方法来揭示最低能量的中性和带电的激子复合物（双激子和trion）在准一维半导体的一般稳定性的特点。Trions被证明是更稳定的比双激子在强限制的结构与小的减少电子空穴质量。双激子在具有大的减少的电子-空穴质量的较少限制的结构中更稳定。特别是在半导体碳纳米管中，trion结合能比双激子的结合能大约1.4倍，随直径减小，从而揭示了最近实验观察的一般物理原理。
2014-08-03 cond-mat.mes-hall
Multiple Localized States and Magnetic Orderings in Partially Open Zigzag Carbon Nanotube Superlattices: An Ab Initio Study
利用第一性原理计算，我们研究了部分开放的锯齿形碳纳米管（CNT）超晶格的电磁性质。研究发现，这些超晶格在费米能级附近可以表现出多个局域态，这取决于它们的开放度。更重要的是，某些电子态被限制在结构的某些部分，甚至有特殊的磁序。我们证明，作为一个原则的证明，一些部分开放的锯齿形CNT超晶格本身是巨大的（100%）磁阻器件。此外，局域（和自旋极化）状态以及超晶格的带隙可以进一步调制由外部电场垂直于管轴，和沿管轴的偏置电压可以用来控制两个自旋态的电导。我们相信，这些结果将开辟新的纳米电子和自旋电子器件的生产方式。
2010-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanomechanical read-out of a single spin
悬浮的碳纳米管中单个电子的自旋可以通过其与纳米管的纳米机械运动的耦合来读出。为了证明这一点，我们考虑一个单电子被限制在一个量子点形成的悬浮碳纳米管。自旋-轨道相互作用引起自旋与纳米管悬浮部分的弯曲模式之一之间的耦合。我们使用Jaynes-Cummings模型计算系统对机械运动的脉冲外部驱动的响应。为了解释共振器阻尼，我们求解了量子主方程，其参数与最近实验中使用的参数相当，并展示了如何通过测量其机械运动来获得系统的自旋状态的信息。后者可以通过观察通过附近的电荷检测器的电流来检测。
2012-12-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Octagonal Family of Monolayers, Bulk and Nanotubes
最近出现了一类新的四边形对称的二维八边形单分子层（o-ML），需要在基础水平上进行理解。计算设计了金属氮化物和碳化物族（BN、AlN、GAN、GeC、SiC）以及C和BP的o-ML，并研究了它们的稳定性和电子结构。这些二进制o-ML显示混合离子和共价键与杂化的p态占主导地位的费米能级周围的电子结构。已经利用o-C和o-BN的几何和结构相似性来形成从金属相到绝缘相的图案化混合o-ML。Z字形弯曲的o-ML的堆叠产生稳定的体心四元体（bct）-体相，其适用于来自IV、III-V和II-VI族的大多数材料。与六方（h）-ML的轧制不同，o-BN和o-C块体的垂直切割块或O形环的堆叠提供了形成非常薄的O形纳米管（o-NT）的合理方式。以八边形图案形成的受限和散装结构对于理解基础科学和技术应用具有根本重要性。
2020-02-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Propagating, evanescent, and localized states in carbon nanotube-graphene junctions
本文采用紧束缚模型和基于狄拉克费米子场的连续介质理论，研究了单层石墨烯与碳纳米管之间的电子结构。后者提供了一个统一的描述不同的晶格结构的曲率，这是总是本地化在六个七边形碳环周围的每个结。当这些纳米管均匀分布时，我们发现平面晶格可以弯曲成扶手椅型（6 n，6 n）和锯齿型（6 n，0）纳米管。我们表明，交界处分为两个不同的类，关于低能量的电子行为。其中之一，由扶手椅型纳米管和锯齿形（6 n，0）的几何形状，当n是3的倍数时，其特征在于在费米能级处存在两个准束缚态，这是不存在的其余的锯齿形纳米管的结。这些状态，本地化的结，示出产生的有效规范磁通诱导的七边形碳环，它有一个直接的反映在当地的结周围的态密度。此外，我们还分析了结阵列的能带结构，发现它们也可以根据低能行为分为两类。在这方面，由扶手椅和（6 n，0）纳米管（其中n等于3的倍数）制成的阵列的特征在于存在一系列平带，其数量随着纳米管的长度而增长。我们表明，这样的平带有其起源的形成状态局限于纳米管阵列。在连续介质理论中，这是从在上述纳米管几何形状中形成驻波的可能性来解释的，作为在结的C_6v对称性下具有相反动量和相同量子数的模式的叠加。
2009-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling analysis of electron transport through metal-semiconducting carbon nanotube interfaces: Evolution from the molecular limit to the bulk limit
我们对金属-半导体碳纳米管界面的电子和输运性质进行了标度分析，作为相干输运机制内纳米管长度的函数，该分析充分考虑了金属-纳米管界面的原子尺度电子结构和三维静电学。基于实空间格林函数的自洽紧束缚理论。作为第一个例子，我们研究通过将有限尺寸的单壁碳纳米管（SWNT）通过末端的悬挂键连接到高功函数和低功函数金属电极上形成的器件。我们分析了肖特基势垒形成在金属-纳米管界面的性质，通过检查静电，带阵容和金属-单壁碳纳米管分子-金属结的电导作为单壁碳纳米管分子长度和金属-单壁碳纳米管耦合强度的函数。我们发现，受限的圆柱形的几何形状和原子性质的电子过程中的金属-单壁碳纳米管界面导致不同的物理图片的平面金属-半导体界面的能带排列。我们分析了温度和长度依赖性的单壁碳纳米管结的电导，这表明从隧道热激活为主的运输与增加纳米管长度的过渡。由于单壁碳纳米管结内导电通道的数量有限，电导的温度依赖性比平面金属-半导体界面的电导的温度依赖性弱得多。我们发现，金属-单壁碳纳米管分子-金属结的电流-电压特性是敏感的模型的电位响应所施加的源极/漏极偏置电压。
2004-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilization of NbTe3, VTe3, and TiTe3 via Nanotube Encapsulation
MX3过渡金属三硫属化物（TMT，其中M为过渡金属，X为硫属元素）的结构典型地为通过范德华相互作用弱结合在一起的一维（1D）链。这种结构基序在M和X原子的范围内是常见的（例如NbSe 3、HfTe 3、TaS 3），但不是所有的M和X组合都是稳定的。我们在这里报告，MX3家族的三个新成员，这是不稳定的散装，具体NbTe3，VTe3和TiTe3，可以合成在几个到单链的限制，通过纳米限制生长内的稳定腔的多壁碳纳米管。透射电子显微镜（TEM）和原子分辨率扫描透射电子显微镜（STEM）揭示了链状性质和详细的原子结构。合成的材料表现出独特的行为，如多链螺旋和三角反棱柱摇摆变形的单链限制的少链准一维结构。密度泛函理论（DFT）计算提供了对材料的晶体结构和稳定性以及它们的电子结构的深入了解。
2020-09-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface electron perturbations and the collective behavior of atoms adsorbed on a cylinder
单壁碳纳米管呈现出无缝的圆柱形石墨烯表面，因此是研究二维原子和分子物理并接近一维极限的理想吸附基底。当悬浮的纳米管被制成晶体管时，其机械共振的频率偏移允许精确测量吸附的质量，直到单原子水平。在这里，我们表明，它的电特性也被修改的吸附原子和分子，部分是由于它们和碳表面之间的小电荷转移。我们量化这种电荷转移，发现它类似于许多不同的物种，并使用相关的灵敏度的电导进行研究的相变，临界标度，动力学波动，和耗散亚稳态在一个系统中的相互作用的原子局限于一个圆柱形的几何形状。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall
Endohedral confinement of a DNA dodecamer onto pristine carbon nanotubes and the stability of the canonical B form
尽管碳纳米管是DNA封装和随后将生物有效载荷递送到活细胞的潜在候选者，但在生理条件下DNA封装的生物自发性仍然是一个有争议的问题。使用增强的采样技术，我们首次表明，给定足够大的碳纳米管，双链DNA片段5 '-D（*CP*GP*CP*GP*AP*AP * TP*CP*GP*CP*G）-3'的限制在生理环境（134 mM，310 K，1 bar）下是有利的，导致DNA-纳米管混合物具有比未限制的生物分子更低的自由能。建立了3 nm的直径阈值，低于该阈值，封装被抑制。限制的DNA片段保持其平移的流动性，并表现出典型的B型的主要几何特征。为了将其自身容纳在纳米孔内，由于链末端的0.3 nm弹性膨胀，DNA端到端长度从3.85 nm增加到约4.1 nm。典型的沃森-克里克氢键网络在整个包封过程中基本上是保守的，表明DNA片段和疏水碳壁之间的接触导致核苷酸氢键的轻微重排。这里获得的结果是至关重要的使用碳纳米管作为封装介质的下一代药物输送技术。
2016-05-04 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.chem-ph
Triplet excitations in carbon nanostructures
我们发现，最低的光学单重态激子和最低的三重态激子之间的能量差的半导体单壁碳纳米管的直径$\sim 1$ nm和石墨烯纳米带的宽度$\sim 2$ nm是一个数量级小于在$π$共轭聚合物聚（对-phenylenevinylene）。我们计算的单重态和三重态激子之间的能隙与三种直径接近1 nm的不同纳米管的测量值非常一致。三重态激子的空间范围与宽纳米管和纳米带中的单重态激子的空间范围几乎相同，而在$π$共轭聚合物中，三重态激子表现出较强的空间限制。三重态的弱受限行为开始于宽度窄至石墨烯单元晶格矢量的2.5倍的纳米带。我们讨论了在碳纳米结构中的小的单重态-三重态能量差对器件应用的可能后果。
2012-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
One-dimensionally confined ammonia molecules: A theoretical study
本研究通过分子动力学模拟和格子模型计算，探讨了碳纳米管内单链氨分子的行为，发现在低于100 K的中等温度下，氨偶极子会形成平行于管轴的取向准序。
2023-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
