碳纳米结构中的三重态激子

我们证明，在直径约1 nm的半导体性单壁碳纳米管和宽度约2 nm的石墨烯纳米带中，最低光学单重态激子与最低三重态激子之间的能量差，比π共轭聚合物聚对苯乙炔中的小一个数量级。我们计算得到的单重态与三重态激子之间的能隙，与三根直径接近1 nm的不同纳米管中的测量值非常吻合。在宽纳米管和纳米带中，三重态激子的空间范围与单重态激子几乎相同，这与π共轭聚合物中的情况相反，后者中三重态激子表现出强烈的空间局域。三重态的弱局域行为在宽度窄至2.5倍石墨烯单位晶格矢量的纳米带中即已开始出现。我们讨论了碳纳米结构中单重态-三重态能量差较小对器件应用可能带来的影响。