單層奈米碳管之共振及低溫拉曼散射光譜研究

rResonance and Low Temperature Raman-Scattering Studies of Single-Wall Carbon Nanotubes

高君陶(C. T. Kao)

指導教授 ： 劉祥麟

國立臺灣師範大學/理學院/物理學系在職進修碩士班/碩士(2001年)

摘要

單層奈米碳管的電性與其螺旋性有關，所以我們利用三種不同方式的拉曼散射實驗，來探討單層奈米碳管的電性。
首先，我們使用不同波長的雷射光，在室溫下對單層及多層奈米碳管作顯微共振拉曼散射實驗。由徑向振動呼吸模(RBM-mode)之位置，換算奈米碳管的管徑，利用其Stokes和anti-Stokes的相對強度比值，計算出電子的躍遷能量(electronic transition energy)，與金屬性或半導體性的奈米碳管一維電子狀態密度分裂之能量差作比較，可判斷奈米碳管之電性。再與H. Kataura等人利用石墨層區域摺疊(zone-folding)方法，繪製出的奈米碳管能隙圖作比較，得到相符的電性結果。
同時我們也探討奈米碳管G-mode及二階、三階的拉曼振動模之位置、半高寬及相對強度，隨不同入射光能量的變化，藉此了解單層奈米碳管的電子結構性質。
最後，我們在低溫(10 K∼300 K)下對單層及多層奈米碳管作巨觀拉曼散射實驗，探討奈米碳管主要的振動模位置及半高寬隨溫度的變化。我們發現半導體性的奈米碳管之RBM-mode位置隨溫度降低會往高頻移動，半高寬則會變小，但金屬性的奈米碳管的位置及半高寬則幾乎不隨溫度改變。我們並以光學聲子非簡諧振盪效應(optical phonon anharmonic effects)來擬合奈米碳管主要振動模之位置及半高寬隨溫度變化的關係。

關鍵字

奈米碳管 ； 拉曼散射光譜

並列摘要

We report excitation wavelength and temperature dependences of Raman spectra in single-wall carbon nanotubes (SWNTs). Resonance excitation profiles of the radial A1g breathing mode (RBM) give a complete information of the diameter distribution (0.8∼2.2 nm). Additionally, the Stokes and anti-Stokes Raman scattering intensities of the RBM modes show a different resonantly enhanced behavior, from which we determine the electronic transition energy of individual SWNTs that is consistent with the electronic structure calculations. Moreover, the phonon frequency increases and line-width narrows with decreasing temperature observed only in the semi-conducting nanotubes. This temperature dependence is well described in terms of the phonon self-energy corresponding to two-phonon anharmonic processes.

並列關鍵字

Single-Wall Carbon Nanotubes ； Raman scattering spectra