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单壁碳纳米管(SWNTs)是一种准~维的纳米材料,具有非常光明的应用前景。目前实验和理论上都在对SWNTs的力学、电学和光学性质进行着广泛的研究。随着实验的不断进步,发现SWNTs的光谱不能用原有的单电子近似理论来解释,而是由所谓的激子效应所主宰。本文我们详细地讨论SWNTs中的激子效应。
在紧束缚近似的基础上并考虑电子.电子相互作用,我们计算了半导体SWNTs中激子束缚能和激子波函数,详细解释激子分布沿管轴方向上的局域性和沿管圆周方向的震荡特征。我们发现半导体SWNTs中激子尺寸的大小总是稍大于管的直径,并且和激子束缚能一样显示出两种依赖于螺旋角的关系。
我们还研究了扭转形变下SWNTs中的激子效应,得到描述SWNTs中能隙变化与扭转角的近似关系式。根据这个关系式,我们可以把SWNTs在扭转情况下的性质分为三种类型。而且,我们还得到扭转形变下激子束缚能与扭转角的关系也有类似的三种类型。对其中的金属管类型,我们发现其激子束缚能随扭转角的增大急剧增大,揭示出扭转形变对金属管中激子的产生起着一个开关效应。