半導体ナノチューブの結晶における結合の性質と強度: ファン・デル・ワールス密度汎関数計算と解析結果

ナノチューブ間の分散相互作用は、第一原理理論計算と解析的近似を介して調査される。ナノチューブの対の結合とナノチューブ結晶における結合を決定・比較するために、ファン・デル・ワールス密度汎関数 (vdW-DF) M. Dion et al., Phys. Rev. Lett. 92, 246401 (2004) を使用する。相互作用を分析し形態の重要性を決定するために、良好に分離したナノチューブの対に対する単純な解析結果と第一原理計算の結果をさらに比較する。従来の密度汎関数理論計算とは対照的に、vdW-DFの研究は、グラファイトにおける層間結合の最近の観察と一致する強度でのナノチューブ間vdW結合を予測する。また、実験と非常に良い一致を示すナノチューブの壁から壁への間隔も生じる。さらに、ナノチューブ結晶の結合エネルギーに対するvdW-DFの結果は、vdW-DFで計算されたナノチューブ対相互作用の和で近似できることがわかる。この観察は、ナノチューブの束を含む、より一般的なナノチューブ束におけるカーボンナノチューブの束ねの量子物理モデリングの効率的な実装のための枠組みを示唆している。