平面基底上碳纳米管中扭结动力学随温度的反转效应

碳纳米管是具有显著各向异性性质的纳米物体，例如其纵向与径向的机械性质差异很大。碳纳米管的这一特性带来了近几十年来被研究的许多有趣现象。其中之一是若纳米管半径足够大，则能够形成中空和塌缩两种状态。两种状态之间的转变亦有报道。在我们的研究中，我们呈现了与平面基底相互作用的单壁碳纳米管，并利用有效的Lennard-Jones型势刻画了与基底的相互作用能。我们展示了均匀打开和塌缩状态的能量随碳纳米管半径的变化，并报道了在某一纳米管直径范围内的双稳态。利用分子动力学模拟，我们考察了初始半打开、半塌缩状态的演化，并证明从一种状态到另一种状态的转变区域在空间上局域化，具有拓扑孤子（扭结或反扭结）的特征。我们表明扭结传播速度的大小和方向显著依赖于纳米管直径以及系统温度。我们还用具有非对称双阱势的简化模型讨论了该过程的机制，并展示了转变的熵性质。