Download - The effects of oxygen substitution on electronic structure of single-walled carbon nanotubes

Transcript

��� ������� �� ���� � ����� ���� �� ���������� ��� �� ���� ������������� ������ ����� ���

���� ����������� ���� � � ���� ���� ��� �� ������� � ���

����������� �� ����� �������� ��������� � ������� ������� ������� ���� ��� !�����!����� � "#�����# $��# � �������� ��������� � ������� ������� ������� ���� ��� !����

�������� � �� !""#$ �������� �� ������� ���% � &���� !""!$ ����'��� ( &���� !""! � �) ) *��+����

��������

� �� �� ��� ,����'�����'��� ���� �������� �� ����������� ��� ��������������� �� ������������� ������ ����� ��� �� ����� ���

������ ���% �� � ����� ��� � ��� ���� ���%) �� ,�� ���� � ����� ���� �� ���� ���� ��� ����� �� ����� ��� ������� ������

��� ��� ������ ��� �� �� �� ��� � �� ��%���� ��������) *�����-�� �������� ������ �''��� �� ��� � ����� ������ ��������� �����

%� �����,����� ������ ��� ���������� ��� ������� '��'������ �� ����� ���� � �� �� ��� ���� ������ ��� �������� �%������

'��'������) . � ����� ����� ��� ���������� ���� '����� � �'���%����� ��� ���)� !""! /������� 0������ *��) 1�� ������ ��������)

�"!$2 �#)3�)� �$ 4�)3")5�$ 4#)#6)� '$ �#)3()� �

%� &�#�' 1) 7������ �� ���$ �) /��������� ������

0���� ��� �������� �� #88# 9#:� ������ ����� ��� ����

��������� %��� ��� %��� �'���%����� ��� �����������

�������� �������� 9!;3:) 5����� ����� ��� ���� ����

%��������� ��� ���%���� ��������� ��� �� � ��� �� ��� ��

%�� ��� �� ��������������) ����� ��� ��� ������� �����

������ �� ����� ���) .�� �� ������������� ������ ����� ��

<0�7�= ���� �������� �� � ������%� ������+ �� ������

���%�� ��� ��� �� �%������ �� � ������� ������ ���% �

���'����� �����) ��� ����� �� % ���������� ����� ��

<&�7�= ���� �� � ������ ����%�� �� ���'����� ��������

��'������ � �''���%���� ��� '���� �'��� �� ���'����)

���� � ��� ���� ����� ������ �������� ����� ��� �� ,����

� ������� � ��������) ���� ����� �� ��%� ����������� '���

����� �''���������� � �� �� ��� ����������) >� ��� �����������

�� ��� ����� �''���������� ������ ����� ��� � ��� ���

�'���� �� ������� �������%���� ��� �� � ��� ��? ���� ��

�%' ��� �� ��� '��'������ �� ������ ����� ��� �� �%'������)

��� �%' ��� ���%� ��� �� ,���� �� ��� ����� ������ ���������

��'�� �� ��� ����� �� � ����� �� ������ ���%� �� ��� �����)

@���� �������� � ������� �'��������'� 5������ �� ��) 96:

�� ���� ��� ������ �� ��� ���%���� �������%��� �� ��� �����

������ '��'������ �� 0�7�) ��� �� �� ���� �'�� �� ��

���� ���%������� ��������� ��� 0�7�A� ����������

���� ������ ��� ����� ������ �� ������ <*�.0=) ����

����� ���� 0�7�� ��� �� ��� �� ���� ���������� %���� ���

������� �� ���% ��%'���� ��) �� �� ��) 9�: ������������

�� ���� ��� ������ �� ��������� �� ��� ���������� ���

%������� '��'������ �� 0�7�) ����� ���� ����� ������ ��

������ <�.0= ����� ���� ���+ �� '���� ������� ������ ���

���� ����� �� ���� ����� ������ ���� ��� ���� ��') >� ��

�� �� ���� ��� '������ ��� ���%���� '��'������ �� �����

� ��� ��� �� %���,�� � ��'��� ����� ���%�) B�� ��%'���

�� ��� ���� ����� ���� ��'�� 0�7� � ����� ������

���� ����� �������%��� 9C: ��� ������ �������� 9(:)

0�%���� �� ��'���� � ����� ���� ��� ������ ���% ���� �����

���%� �� ������� �� �� %���� ��� '������ ��� ���%����

'��'������ �� ������ ����� ��� �� ��� ���%�� �����) ���

� ����� ���� ��� �� �����-�� � ���� � �������� � �������

%�������'� �� ���� �� � ����� ������ ��������� 98�#":) *��

��� 5� �� ���� ��� �%' ��� ��������� ������� �� ��� �����

�� ��� ���������������� ������������� %����� 9##: ���

���� ���� ��� ��������� '��'������ �� ��� ����� ��) @����

��� �������� �����A� � ������ %����� ��� ������� D E�+��

%������ ��������� ��� 1�� ��� ������������ ��� ������� ��

� ����� ������ ���� �%' ��� ���������� �� ��� ���� ��

����� �� %������� ������ ����� ��� 9#!:) ��� �� �� ����

��� ������ �� ���� ������ ��'���� ������� �� ��� ��������

0���� 0���� 5�%% ��������� #!! <!""!= #!#;#!3

""4(�#"8(F"!FG � ��� ����� %����� � !""! /������� 0������ *��) 1�� ������ ��������)

H>>2 0""4(�#"8(<"!=""##8�8

���� ����)��������)��%F������F���

� 5�����'������ � ����) 1������2 ��'���%��� �� H������ �����

�� � @��������� ���I��� #"""(3� H��'��A� ��' ���� �� 5����) ���)2

�(��#"�!C�(88(3$ ��2 �(��#"�!C�(#((�)

()���� �##����' �-����J���� )������ �)�� )�� <�) �����=)

'������� �� ��� � ����� ������ ���� ���%�) &�� �� ����

���� � ������� ���� �%' ������ ��� ������ �� �%' ��� ������

���� ��� B��%� ����� ��� ��? ���� ��� ���������� '��'���

���� �� ����� ���) >� ���� '�'��� ���� ,����'�����'���

���� �������� �� ����������� ��� ���������� ��� �� �� �������

��������� �� 0�7� �� ����� ��� ������ ���% �� � ����� ���

� ��� ���� ���% <��� '������� �'� �� ����-����� � ��=)

�� ���� ���� �� ��� ������� �� � ����� ���� �� ��� '������

��� ���%���� '��'������ �� ������ ����� ���� ��� '������

��� �''��������� �� ��%� ��� ,����)

. � ���� ������� ��� ����� �� �������� �������� �����

<�B�= ���� ��� ������������ �''���%����� <*�1= 9#4: ���

������ ��%�������� �� ���%�� �������� <*51.=� ����� ���

���� � ������ �� ��� �� ��� �������� �� ��������� %�����

9#3�#6:) ���� %����� ��� ���� ���� ���� �� ������ ���������

9#�:) D��� ��� ��� ������� '�������� �� ���� �� � ��� �����)

��� ������� ����� �� ����%���� ���% ��� ����������

������� ��� ����� ������ (���� �� ��� ����% ���� ����

���������� ��� ��� � % �� ��������� (���� �� ��� ��� ���%�

������� ���� ��� ����%

(���� � (��� � (��� �

(���� ��� �� ��� ����� ��������� �� ")"# �K) �.0 ��

��,��� ��

��(� ��

���

���� �

���

"�����

���

�(� ���!� �!�

����� "����� �� ��� & ���+�� '�' ������ ���% ���% �� ����� <��

�= �� ��� ��� %���� ��� �������� � �� ��� *�����-��� �����

'���%����� ��� � � �� ��� ����� �����)

>� � � ���� �������� � ,����������� ���������� ������ ����

���� �������� �� #6� ������ ���%�� �� ����� �� B��) #� ��

������ �� ��'������ �� ��%����� <���= ������ ����� ��� ���

�����������%������� �� ��� �� ����� ��� �� ���� ������)

D������ �� ��� �������� ��� ���� �� ��� ��� � ����� ������

���% �������������2 ��� ������ ���% �� ��� %����� �� ���

���������� ���� �� � ����� ��� � ��� ���� ���%) �� ����

%���� ��� � � � �� � �� ��� ������� �� � ����� ���� �� ���

������-�� ���������� ��� �� ��) >� ��� �� �� '������ � � ����

��� % ���'�� � ����� ����� �� ���� �� ��� ������ � ����� �����

% �� �� ���������� ��� ��%'���������� ������������ ���

������ �� � ����� ���� �� �������� �����'��� �� ��� � �� 9#!:)

>� � � ���� �������� ��� � %������ ��������% �����������

����� ���� �������� ��� !�!' ���%�� �������� ��� ��� � ����� �

������ ���� ���% �� ��+� ��� ������ ���%� ��� #� ���

������� ���%� ���'�������) ��� ��� �����;D���� ���%

�� ������������������� '�������� �� ��� ��� ��� �����

���������� ��������� �� ������ �� ���� ��� ������� '�' �������

��� ��������� �� #"�6)

��� ���% ����� �� � ������ ���% ��� �� ���� ���% ���

")C# ��� ")�# 1L � ���'�������) ��� ���� � ���������� ���

��� �� ��� ������ �� ��� ����� ��� �� �� ��� �� ��� � ����� �

������ ����) >� ������������� �� ��� ��� � ����� ������ ���%

������������� <��� ")�3 ��)M= �� � � ���� �������� ��

�%'�� � ����� ��������� ���� ������ ��� ,�� ���� ���

�������� ������� ��� � ����� ������ ���� ���% ��� ���

������� �������� ������ ���% �� ��� ������� ���������

���% ��� 5;5 ���� ������ �� ��� ������ ����� ��) 0� ��

��� ��� %� ���� ��� ������ ��� �� �� �� ��� � �� ��%����

�������� �� ��� � ����� ������ '������) �� ,�� ���� � �����

� ������ ���� ��� ��� �� � �������� �� ��� ������� �����

�� ��� ������ ����� ��) ��� ����������� �� ��� �������

����� ������� ��� ' �� ������ � �� ��� ��� � �� ����

� ����� ������ ���� �� ��� � ")"4C �KF���%) 1� ����

+����� ��� ���������� �� ��� ������� ����� ������� ���

�������� ����% ��� ��� � ����� ������ ����% ��� ��

�������� �� ��� ���������� �� � ����� ������ '��������� ���

��� �%��� ���������� �� ��� ������� ����� ������'���� �� ���

�%��� ���������� 9#C�#(:) 0���� ��� ���������� �� ��� �������

����� ������� ' �� ������ � �� ��� ��� � �� ���� � ����� �

������ ���� �� ��� ���� ���� ��� ������� ����� �� ���

������ ����� �� ���� �� ��� � C)3C( �KF���%� �� � �����

���� ��� � ����� ���� �� ���� ��� ������ %���� ���

����� �� ����� ��� ������� %��� �� ��� ������ ����� ��

��� ��� �� �����-�� ���� ������� �'���%��� ����������)

B��) ! ����� ��� ����� ������ ��� �� ��� B��%� �����

��� ��� ����� �� ���� � ����� ������ ����) ��� �����

���������� ������� ��� ������� ��� '��� %���� ���

������� <D.&.= ��� ��� ������ ���� '��� %���� ���

������� <*@&.= �� ������� ������� �� ��� ���%���� �����

����� ��� ��� %�������) ���� ��� D.&.;*@&. ��' ��

�%���� ��� ��������� ������� �� ��� ��� '��� ������ ���

*+ ,���� �� ��+ - $��# $���� !����������� �.. /.��.0 �.�1�.�#!!

B��) #) ��� ���%������� ��� �� �� �� ������ ����� ��) ��� � ��

�������� �� ��� � ����� ������ ���% <����=� ��� 5 ���%� <����+=)

D������ ���%�� ��'�������� � �%����� �'������ ��� ���� ���

�������� ����� �� ��� ����)

B��) !) ��� ����� ������ ��� �� ��� B��%� ����� ��� ��� ������

����� �� ���� � ����� ������ ���� ���%) 0���� ����� ��� ������

����� ������'��� �� ��� '��� ������ ��� ���� '��� �������

���'�������)

����� ������ �� ��� �%'� ������ ���� ��� �������%���

������� ��� ��� %������� ��� � �������� ���%���� ��������

��) >� �� +���� ���� ��� D.&.;*@&. ��' �� �� ��

N ����������� ��������� ���� *�1��B�) >� ���� ���+�

�� ���� ���� �� ��� �������� ������ �� D.&.;*@&.

��' ��� ��� � ���� � ����� ����) ��� ���� �����

D.&.;*@&. ��' �� ��� ����� �� ���� � ����� ������

���� <")! �K= �� �%����� ���� ��� D.&.;*@&. ��'

�� ��� ' �� ������ � �� <")C �K=) ���� %���� ����

� ����� ������ ���� �������� ��� ���%���� ���������

�� ��� ����� �� ��� ��� ������ ����� �� ���� � ����� �

������ ���� ��� �� ��� �� �''��������� ����� ��N ���

������ ���%���� ���������� � �� �� �������� ����������

������� ������� ��� ,��� �%������)

�� ���� ��� �.0 �� ' �� ������ � �� ��� ��� � �� ����

� ����� ������ ���� ���% �� B��) 4) ����� �� � ���' �����

�� ��� B��%� ����� ��� ��� '��+� ���� ��� B��%� ������ �����

�� �� �����%��� ���� ��� �.0 �������� ���% �'���%����

9#8�!": ��� ����� ���� ������� 9!�4:) ���� ����� ���� ���

,����������� ����� �� �� ���� ���'���� �����������%�������

�� ����� ��� �� ���� ������� ��� ���� �������� ���� �����

� ���) �� ������� � ���������� ������� ��� �.0 �� ��� � ��

���� � ����� ������ ���� ���% ��� ���� �� ' �� ������

� ��) 5�%'���� ���� ' �� ������ � ���� ��� � �� ����

� ����� ���� ��� ����� B��%� ����� ��� ������ �.0 �� ���

B��%� �����) ��� ������ ����� �� � ����� ������ ���� �����

�� �� �������� �� ��� �.0 �� ��� B��%� �����) ����� ��� ���

���� ���� ��� � ����� ������ ���� �������� ��� ���%����

��������� �� ��� ������ ����� ��� ����� �� ���������� ����

'����� � �'���%����� ��� ��� 96:)

���� � ������ ���% �� � ����� ��� � ���� ���% �� ���

� �� ���� ��� ������'������ ����� ���������� '��'�������

� �� �� *�.0 ��� '������ ������ �� ������ <H�.0=� ����

���) B��) 3 ����� ��� H�.0 ��� *�.0 �� ��� � ����� ������

���� ���% ��� ��� �������� ������ ���%� ���'�������)

�� ��� ��� ���� ���� ��� B��%� ������ ��� ���� ��� ����

���% ��� ��� ������ ���%� ��� ������� ���� ���% !' �����

����� �� ��� �.0 �� ��%����� ��� !� ��������� ���� ������

������� ���� �� �.0) .���� ��� �� �''��������� � �� ��

,��� �%������� !' ��������� ���� '�� � %�I�� ����) B��) 3�

��� � ����� ��� *�.0 ���� ��� B��%� ����� ��� ��� ������

���% ��� ��� ���� ���%� ���'�������) �� ��� ��� ����

����� �� ������-�� ����� ���� ��� B��%� ����� ��� ����

���%�� ��� �� ������-�� ����� ��� ������ ���%�) B�� � � �����

� ������ ���� ���%� ��� *�.0 ��� � �� ��� B��%� ����� ��

*+ ,���� �� ��+ - $��# $���� !����������� �.. /.��.0 �.�1�.� #!4

B��) 4) ��� ������ �� ������ ��� ��� ' �� ������ � �� <����� ����= ���

��� ��� ������ � �� ���� � ����� ������ ���� ���% <���� ����=) ���

����� ��'������ ��� B��%� �����) ��� B��%� ����� �� ' �� ������

� �� �� ��� �� �� -���)

B��) 3) ��� H�.0 ��� *�.0 ��� ��� � �� ���� � ����� ������ ����2 <�= ��� <�= ��� H�.0 ��� !0 ��� !H ��������� �� ������ ���%� <�= ���

*�.0 �� ������ ���%� <�= ��� <�= ��� H�.0 ��� !0 ��� !H ��������� �� ���� ���%� <�= ��� *�.0 �� ���� ���%) ��� B��%� ����� �� ��� ��

�� -���)

% �� ������ ���� ���� �� ��� ����������� ������ ���%) �����

��� ��� ��� ���� ������� �� ��� ��� �� �� � ����� ������ �����

����� ��� %��� ������� ��������� ���� ��� �����������

������ ���%) �� �� ��� � �� ���� � ����� ������ ����

�� �� �� �������� �� ��� ���'��� ����� ��� ������ �����

� ��) 0 ����� ������ ���� ��%��+��� �������� ��� ���%��

��� ��������� ��� ��� �������� �%������ '��'��� �� ���

������ ����� ��)

B��) 6 ����� ��� ������� �� ��� *�.0 ���� ��� B��%� �����

��� ������ ���%� �� ' �� ������ � �� ��� ��� ������ ���%�

��� �� ���� ���% �� ��� � �� ���� � ����� ������ �����

���'�������) �� ��� ��� ���� ��� *�.0 ��� ������ ���%�

��%��� ��%���� �������� ����� � ����� ���� ����) 7���

���� ��� � %��� �� ������� ��������� �� ��� ���� ���% ��

��� ����� ��� � %��� �� ������� ��������� �� ��� ������

���% �� �� �) ����� ���� ��������� �� ���� ����� ��������

���� ������ �� ��� � ����� ������ ����� ����� ��� �� ������-��

���� ������ �� ��� B��%� �����) ��� �''������� �� ������-�����

������� �� ���� �� ��� �������� �� ��� �.0 �� ��� B��%� �����

<�� ����� �� B��) 4= � � �� ��� ������ ����� �� ����� �� ��

�����%��� ���� ��� '��������� ���% � �����A� � ������

���� ������ 9#!:)

>� � %%��� �� ������������ ��� ��������������� �� ���

0�7�� �� ����� ��� ������ ���% �� � ����� ��� � ���

���� ���%) �� ,�� ���� ��� � ����� ���� �� ���� ���

������ �� ��� ������ ����� �� ���� ��� ��%��+��� ����� ���

������� %��� �� ��� � �� ��� ��� �� �����-�� ���� �������

�'���%����� ����������) ��� � ����� ���� �� ���� ���%

�������� ��� ���%���� ��������� �� ��� � ��) ��� ���� �����

�.0 ����� ���� ��� � ����� ���� �� �� ���� ���% ������

� ��� ������-�� �������� ������ �� ��� � ����� ������ ���������

����� ��� ��� �� ��� ������ �� ��� ���������� ��� �������

'��'������ �� ��� � �� <� �� �� �%������ '��'������=) ����

��� �%����� D.&.;*@&. ��' ��� ������ �.0 �� ���

B��%� ������ �� � ����� ���� ��� ������ ����� �� ����

� ����� ������ ���� ���� ���� ������ �''�������� '��'������

�� ����� � �� �� �������� ���������� ������� ������� ���

,��� �%������� ����� ��N ��� ������ ���%���� ���������)

����������������

���� �������� ��� � ''����� � 7������� 7�� ��� 0������

B� ������� �� 5���� <����� � %���2 #"#"3"#"=� ��� ���

&������ �� /� ������ �� 5����)

���������

9#: 0) >�I�%�� 7�� �� 463 <#88#= 6�)

9!: �) 0����� &) B I���� �) ��������� �� &)0) ��������� �� H��)

���) � 3� <#88!= #("3)

94: )�) &���%���� �)>) � ���'� 5)�) ������ H��) ���) *���) �(

<#88!= �4#)

93: O) ������ )�5) 5�������� 1)�) K���� �) 5��� 1''�) H��) *���)

C" <#88C= #8C)

96: H)�) 5������� P) ������� &) >�����%�� 1) ������ 0������ !(C

<!"""= #("#)

9�: 0)�D) ��� 0)�) *� ��� &)*) 5����� H��) ���) *���) (6 <!"""=

#C#")

9C: �)0) *��� D) ) P�%� )/) B������� 1) ������ �)/) 0%�����

7�� �� 4(( <#88C= !66)

9(: 1)&) ���� H)5) /+� ��� 0) ������� 1) ������ �)/) 0%�����

7�� �� 4(( <#88C= !6C)

98: �) �������� Q) ������ �) D��� P) P �����%�� �) 0���� 5��%)

H��) *���) 4"( <#888= 44C)

9#": �) D��� Q) ������ P) P �����%�� �) 0���� 5��%) H��) *���)

!88 <#888= 4�()

9##: &)B) *��� �)0) 5� � H��) ���) � 6� <#88C= 388�)

9#!: 1) ���������� H) 1�� ���� ) H��) 5��%) 1 #"3 <!"""= 8("C)

9#4: H) D��������� �) P���� H��) ���) #4� <#8�3= �(�3)

9#3: �)R) *�� )�) Q � P) .���� �)*) � � �) 5-�I+�� 1) P�� ��

Q) 7������� Q) P���-��� H��) ���) � 6! <#886= #6!3)

9#6: �)R) *�� �)*) � � H��) ���) � 3C <#884= #4�##)

9#�: �)/) /����� �) � ��-� ����� 1��) R ��� % 5��%) 43 <#888=

6#)

9#C: 0)7) 0 �� 7) P�� ����� 0)H) *�%� H��) ���) � 6! <#886=

#33!#)

9#(: B)D) ����� 5)Q) ����� H��) ���) � 6C <#88(= !(8)

9#8: �)�) .��%� )�*) D ���� H) P�%� 5)&) *������ 7�� ��

<*�����= 48# <#88(= �!)

9!": )�)�) �������� *)5) K���%�� 1)�) ���-���� �)/) 0%�����

5) ��++��� 7�� �� <*�����= 48# <#88(= 68)

*+ ,���� �� ��+ - $��# $���� !����������� �.. /.��.0 �.�1�.�#!3

B��) 6) ��� ������� �� ��� *�.0 ���� ��� B��%� ����� ��� ������ ���%

�� ��� ' �� ������ � �� <���� ����= ��� ��� ������ ���% <����� ����=

��� ���� ���% <��� ����= �� ��� � �� ���� � ����� ������ ����)

��� B��%� ����� �� ��� ' �� ������ � �� �� ��� �� �� -���)