nanotube, quantum chemistry, DFT, electronic bandstructure, band gap, vibrations
Discipline
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Physics
Department or equivalent
Department of Biological Physics (Eötvös Loránd University)
Participants
Koltai, János Zólyomi, Viktor
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-07-31
Funding (in million HUF)
13.900
FTE (full time equivalent)
4.74
state
closed project
Summary in Hungarian
Jelen pályázat szerves folytatása az idén lejáró, 'Fullerének és szén nanocsövek elméleti vizsgálata' című T038014 pályázatomnak. Az annak során elért nemzetközileg elismert eredményeink új kérdéseket vetettek föl. Ezeket kívánjuk tovább vizsgálni két fiatal kollégámmal.
A pályázat szakmai témája olyan új szén nanoszerkezetek elméleti vizsgálata, amelyek nemcsak az alapkutatások szempontjából érdekesek, hanem nanoeszközökben való alkalmazásuk lehetősége miatt is. Az elektronika miniatürizálása közelít a nanométeres tartományhoz. További előrelépés elképzelhetetlen új típusú anyagok felhasználása nélkül, amiben minden kétséget kizáróan kulcsszerepet fognak játszani a szén nanocsövek, amelyek egyedülálló elektromos és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek.
A különböző fajta nanocsövek célzott előállítása ma még csak álom, de legalább utólagos azonosításukra már vannak kísérleti módszerek, amihez azonban megbízható számításokra is szükség van. Számításainkat - eddigi gyakorlatunkat folytatva - hazai és külföldi kísérleti csoportokkal szorosan együttműködve fogjuk végezni, elsősorban szén nanocsövek és származékaik elektromos és rezgési tulajdonságainak jobb megértése céljából.
A pályázott összeggel - a konferenciák finanszírozásán kívül - szeretnénk biztosítani a számításigényes kvantumkémiai munkánkhoz szükséges informatikai fejlesztést.
A pályázat egy része kapcsolódik egy most beadandó Nanoelektronika Alapjai (FoNE) témájú (EUROCORES) nemzetközi pályázathoz.
Summary
The present proposal resumes my now closing grant T038014 entitled 'Theoretical study of fullerenes and carbon nanotubes'. Our internationally recognized results obtained within the previous grant gave rise to new questions, which we intend to further study with my two young colleagues.
The grant aims to study the kind of novel carbon nanostructures that are not only interesting from the point of view of fundamental research, but also due to their high application potential in nanotools. Miniaturization of electronics nears the nanometer scale, and further advancement is unimaginable without the utilization of novel materials. Carbon nanotubes will undoubtedly play a key role in this process due to their unique electronic and mechanical properties.
Targeted production of specific kinds of nanotubes is still a dream today. Experimental methods to identify produced nanotubes do exist, but they require reliable calculations. As so far, we will perform our calculations in close cooperation with Hungarian and foreign experimental groups, primarily aiming at a better understanding of the electronic and vibrational properties of carbon nanotubes and their derivatives.
Beyond financing conference participation, we wish to ensure the necessary computational expansion required to perform high level quantum chemical calculations in our work.
A part of the proposal is closely related with a proposal to be submitted to the recently launched EUROCORES program of Fundamentals of NanoElectronics.
Final report
Results in Hungarian
Bevezettünk egy lineáris/exponenciális skálázást és DFT számolásokkal meghatároztuk rövid és hosszú lineáris szénláncok Raman aktív LO frekvenciáját; DFT módszerrel tanulmányoztuk a rétegek közötti kölcsönhatást kettősfalú szén nanocsövekben. Töltésátvitelt tapasztaltunk a külső és belső csövek között, továbbá keveredést a két réteg állapotai között; Tanulmányoztuk pikocső kölcsönhatását szén nanocsővel; Tanulmányoztuk a 13C izotópdúsítás hatását szén nanocsövek lélegző módusára; Megmagyaráztuk a nagy görbületű egyfalú szén nanocsövek Raman spektrumában a D és 2D sávok kísérletileg megfigyelt anomális diszperzióját a görbület által okozott fonon puhulás és az optikai átmeneti energiáknak a vöröseltolódása segítségével; Kiszámoltuk kis átmérőjű szén nanocsövek fonon diszperzióját DFT szinten és a helikális szimmetria kihasználásával; Megmagyaráztuk kis átmérőjű szén nanocsöveken végzett in situ Raman spektroelektrokémiai vizsgálatok eredményeit CoMoCat szén nanocsövek elektronszerkezetének és teljesen szimmetrikus rezgéseinek DFT szintű számolása segítségével; Kiszámítottuk dópolt fullerén-kubán kokristályok sávszerkezetét DFT módszerrel; Kiszámoltuk bambusz hibahelyeket tartalmazó szén nanocsövek geometriáját, állapotsűrűségét és ballisztikus transzportját; Kiszámítottuk 4d és 5d átmeneti fématomok kötési energiáját egy grafén síkhoz; Elméletileg megmutattuk, hogy egy királis külső csőnek egy fix belső cső körüli forgatásával elektronok pumpálhatók a belső cső mentén.
Results in English
We introduced a linear/exponential scaling scheme and calculated with DFT methods the Raman active LO frequencies for olygoynes and polyyne; We studied the intershell interaction in double walled carbon nanotubes. We observed charge transfer between the inner and outer tubes and also orbital mixing between the states of the layers; We studied the interaction of a picotube with carbon nanotubes; We studied the effect of 13C isotope enrichment on the radial breathing mode of carbon nanotubes; We explained the experimentally observed unusual Raman dispersion for D and 2D lines in high-curvature single-walled carbon nanotubes by a curvature-induced phonon softening and the red shift of the optical transition energies; We calculated the phonon dispersion of small diameter carbon nanotubes on DFT level exploiting the screw axis symmetry; We explained the results of in situ Raman spectroelectrochemical studies on small diameter carbon nanotubes by performing DFT calculations on the electronic structure and the totally symmetric vibrations of selected CoMoCat carbon nanotubes; We calculated the band structure of doped fullerene-cubane cocrystals; We calculated the geometry, DOS and ballistic transport for carbon nanotubes with bamboo defect; We studied the strength of the binding of 4d and 5d transition metal atoms on a graphene sheet; We showed theoretically that by rotating a chiral outer tube around a fixed inner tube it is possible to pump electrons along the inner tube.
Simon F; Galambos M; Quintavalle D; Náfrádi B; Forró L; Koltai J; Zólyomi V; Kürti J; Nemes NM; Rümmeli MH; Kuzmany H; Pichler T: Electron spin resonance in alkali doped SWCNTs, phys. stat. sol. (b) 245: pp 1975-1978, 2008
Zólyomi V; Koltai J; Kürti J; Kuzmany H: Phonons of single walled carbon nanotubes, DFT Calculations on Fullerenes and Carbon Nanotubes, Eds V. A. Basiuk and S. Irle, Research Signpost, Chapter 7, pp 297-332, 2008
