Low-lying exciton states determine the photophysics of semiconducting single wall carbon nanotubes

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 111, Issue 30, 2007, Pages 11139-11149

  Scholes, Gregory D ^a,b   Tretiak, Sergei ^c   McDonald, Timothy J ^a,d   Metzger, Wyatt K ^a   Engtrakul, Chaiwat ^a   Rumbles, Garry ^a   Heben, Michael J ^a  

^a NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY   (United States)

^b UNIVERSITY OF TORONTO   (Canada)

^c CENTER FOR NONLINEAR STUDIES   (United States)

^d Columbia University ^*

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; EXCITED STATES; EXCITONS; FLUORESCENCE; RATE CONSTANTS; SEMICONDUCTOR MATERIALS;

KINETICALLY CONTROLLED INTERCONVERSION; PHOTOPHYSICAL PROPERTIES; SINGLET EXCITON STATES;

SINGLE-WALLED CARBON NANOTUBES (SWCN);

EID: 34548284905     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp068541j     Document Type: Article

References (87)

1. Ando, T. J. Phys. Soc. Jpn. 1997, 66, 1066.
2. Bachilo, S. M.; Strano, M. S.; Kittrell, C.; Hauge, R. H.; Smalley, R. E.; Weisman, R. B. Science 2002, 298, 2361.
3. Cohen, M. L. Mater. Sci. Eng., C 2001, 15, 1.
4. O'Connell, M. J.; Bachilo, S. M.; Huffman, C. B.; Moore, V. C.; Strano, M. S.; Haroz, E. H.; Rialon, K. L.; Boul, P. J.; Noon, W. H.; Kittrell, C.; Ma, J.; Hauge, R. H.; Weisman, R. B.; Smalley, R. E. Science 2002, 297, 593.
5. Reich, S.; Thomsen, C.; Maultzsch, J. Carbon nanotubes: Basic concepts and physical properties; Wiley: New York, 2004.
6. Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus. G.; Saito, R.; Jorio, A. Phys. Rep. 2005, 409, 47.
7. Zhao, H.;Mazumdar, S.; Sheng, C.-X.; Tong, M.; Vardeny, Z. V. Phys. Rev. B 2006, 73, 75403.
8. Sfeir, M. Y.; Beetz, T.; Wang, F.; Huang, L.; Huang, X. M. H.; Huang, M.; Hone, J.; O'Brien, S.; Misewich, J. A.; Heinz, T. F.; Wu, L.; Zhu, Y.; Brus, L. E. Science 2006, 312, 554.
9. Hartschuh, A.; Pedrosa, H. N.; Novotny, L.; Krauss, T. D. Science 2003, 301, 1354.
10. Htoon, H.; O'Connell, M. J.; Doom, S. K.; Klimov, V. I. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 127403.
11. Scholes, G. D.; Rumbles, G. Nat. Mater. 2006, 5, 683.
12. Spataru, C. D.; Ismail-Beigi, S.; Benedict, L. X.; Louie, S. G. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 77402.
13. Zhao, H.; Mazumdar, S. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 157402.
14. Wang, F.; Dukovic, G.; Brus, L. E.; Heinz, T. F. Science 2005, 308, 838.
15. Ma, Y.-Z.; Valkunas, L.; Bachilo. S. M.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 15671.
16. Chang, E.; Bussi, G.; Ruini, A.; Molinari, E. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 196401.
17. Kane, C. L.; Mele, E. J. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 197402.
18. Spataru, C. D.; Ismail-Beigi, S.; Capaz, R. B.; Louie, S. G. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 247402.
19. Perebeinos, V.; Tersoff, J.; Avouris, P. Nano Lett. 2005, 5, 2495.
20. Jones, M.; Engtrakul, C.; Metzger, W. K.; Ellingson, R. J.; Nozik, A. J.; Heben, M. J.; Rumbles, G. Phys. Rev. B 2005, 71, 115426.
21. Kasha, M. Discuss. Faraday Soc. 1950, 14.
22. Kasha, M.; McGlynn, S. P. Annu. Rev. Phys. Chem. 1956, 7, 403.
23. Metzger, W. K.; McDonald, T. J.; Engtrakul, C.; Blackburn, J. L.; Scholes, G. D.; Rumbles, G.; Heben, M. J. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 3601.
24. Karaiskaj, D.; Engtrakul, C.; McDonald, T.; Heben, M. J.; Mascarenhas, A. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 106805.
25. McDonald, T.; Jones, M.; Engtrakul, C.; Ellingson, R. J. Rev. Sci. Instrum. 2006, 77, 53104.
26. Valkunas, L.; Ma, Y.-Z.; Fleming, G. R. Phys. Rev. B 2006, 73, 115432.
27. Ellingson, R. J.; Engtrakul, C.; Jones, M.; Samec, M.; Rumbles, G.; Nozik, A. J.; Heben, M. J. Phys. Rev. B 2005, 71, 115444.
28. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A., Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao. O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, revision D.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
29. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
30. Perdew, J. P.; Burke, K.; Emzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
31. Tretiak, S.; Igumenshchev, K.; Chernyak, V. Phys. Rev. B 2005, 71, 33201.
32. Onida, G.; Reining, I.; Rubio, A. Rev. Mod. Phys. 2002, 74, 601.
33. Masunov, A. M.; Tretiak, S. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 899.
34. Jha, P. C.; Jansson, E.; Agren, H. Chem. Phys. Lett. 2006, 424, 23.
35. Zhou, Z. Y.; Steigerwald, M.; Hybertsen, M.; Brus, L. E.; Friesner, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 3597.
36. Tretiak, S. Nano Lett. 2006, in press.
37. Brédas, J. L.; Cornil, J.; Beljonne, D.; dos Santos, D. A.; Shuai, Z. Ace. Chem. Res. 1999, 32, 267.
38. Tretiak, S.; Mukamel, S. Chem. Rev. 2002, 102, 3171.
39. Tretiak, S.; Saxena, A.; Martin, R. L.; Bishop, A. R. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 97402.
40. Gambetta, A.; Manzoni, C.; Meneghetti, M.; Cerullo, G.; Lanzani, G.; Tretiak, S.; Piryatinski, A.; Saxena, A.; Martin, R. L.; Bishop, A. R. Nature, Phys. Sci. 2006, 2, 515.
41. Tretiak, S.; Kilina, S.; Piryatinski, A.; Saxena, A.; Martin, R. L.; Bishop, A. R. Nano Lett. 2007, 7, 86-92.
42. Shreve, A. P.; Haroz, E. H.; Bachilo, S. M.; Weisman, R. B.; Tretiak, S.; Kilina, S.; Doom, S. K. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 037405.
43. Jorio, A.; Fantani, C.; Pimenta, M. A.; Capaz, R. B.; Samsonidze, G. G.; Dresselhaus, G.; Dresselhaus, M. S.; Jiang, J.; Kobayashi, N.; Grüneis, A.; Saito, R. Phys. Rev. B 2005, 71, 75401.
44. Guha, S.; Rice, J. D.; Yau, Y. T.; Martin, C. M.; Chandrasekhar, M.; Chandrasekhar, H. R.; Guentner, R.; Scanduicci de Freitas, P.; Scherf, U. Phys. Rev. B 2003, 67, 125204.
45. Gierschner, J.; Cornil, J.; Egelhaaf, H.-J. Adv. Mater. 2007, 19, 173-191.
46. Perebeinos, V.; Tersoff, J.; Avouris, P. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 257402.
47. Andersson, K.; Roos, B. O. Int. J. Quantum Chem. 1993, 45, 591.
48. Serranoandres, L.; Merchan, M.; Nebotgil, I.; Lindh, R.; Roos, B. O. J. Chem. Phys. 1993, 98, 3151.
49. Li, X. Z.; Paldus, J. J. Chem. Phys. 2004, 120, 5890.
50. Dreuw, A.; Head-Gordon, M. Chem. Rev. 2005, 105, 4009.
51. Cronstrand, P.; Christiansen, O.; Norman, P.; Ågren, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 2567.
52. Wang, Z.; Zhao, H.; Mazumdar, S. Phys. Rev. B 2006, 74, 195406.
53. Wu, C.; Malinin, S.; Tretiak, S.; Chernyak, V. Nature, Phys. Sci. 2006, 2, 631.
54. Beljonne, D.; Shuai, Z.; Cornil, J.; dos Santos, D. A.; Brédas, J. L. J. Chem. Phys. 1999, 111, 2829.
55. Barros, E. B.; Capaz, R. B.; Jorio, A.; Samsonidze, G. G.; Souza Filho, A. G.; Ismail-Beigi, S.; Spataru, C. D.; Louie, S. G.; Dresselhaus, G.; Dresselhaus, M. S. Phys. Rev. B 2006, 73, 241406.
56. Martin, R. L. J. Chem. Phys. 2003, 118, 4775.
57. Ando, T. J. Phys. Soc. Jpn. 2006, 75, 024707.
58. Didraga, C.; Knoester, J. Chem. Phys. 2002, 275, 307.
59. Zaric, S.; Ostojic, G. N.; Kono, J.; Shaver, J.; Moore, V. C.; Strano, M. S.; Hauge, R. H.; Smalley, R. E.; Wei, X. Science 2004, 304, 1129.
60. Mortimer, I. B.; Nicholas, R. J. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 027404.
61. Herzberg, G. Electronic spectra and electronic structure of polyatomic molecules; Van Nostrand: Princeton, New Jersey, 1967.
62. Murrell, J. N.; Pople, J. A. Proc. Phys. Soc., London 1956, 69, 245.
63. Reber, C.; Yee, L.; McKiernan, J.; Zink, J. I.; Williams, R. S.; Tong, W. M.; Ohlberg, D. A. A.; Whetten, R. L.; Diederich, F. J. Phys. Chem. 1991, 95, 2127.
64. Vukovic, T.; Milosevic, I.; Damnjanovic, M. Phys. Rev. B 2002, 65, 45418.
65. Robinson, G. W. J. Chem. Phys. 1967, 46, 572.
66. van Strien, A. J.; Schmidt, J.; Silbey, R. Mol. Phys. 1982, 46, 151.
67. Lin, S. H.; Bersohn, R. J. Chem. Phys. 1968, 48, 2732.
68. Lin, S. H. J. Chem. Phys. 1972, 56, 2648.
69. Fidder, H.; Terpstra, J.; Wiersma, D. A. J. Chem. Phys. 1991, 94, 6895.
70. Kamalov, V. F.; Struganova, I. A.; Yoshihara, K. J. Phys. Chem. 1996, 100, 8640.
71. Bednarz, M.; Malyshev, V. A.; Knoester, J. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 217401.
72. Bednarz, M.; Malyshev, V. A.; Knoester, J. J. Chem. Phys. 2002, 117, 6200.
73. Myers, A. B. Chem. Phys. 1994, 180, 215.
74. Mukamel, S. Principles of nonlinear optical spectroscopy; Oxford Univesity Press: New York, 1995.
75. Fleming, G. R.; Passino, S. A.; Nagasawa, Y. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A 1998, 356, 389.
76. Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 6720.
77. Bader, J. S.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 1994, 100, 8359.
78. Arnold, K.; Lebedkin, S.; Kiowski, O.; Hennrich, F.; Kappes, M. M. Nano Lett. 2004, 4, 2349.
79. Nakajima, S. The physics of elementary excitations; Springer-Verlag: New York, 1980.
80. Jones, M.; Metzger, W. K.; McDonald, T. J.; Engtrakul, C.; Ellingson, R. J.; Rumbles, G.; Heben, M. J. Nano Lett. 2007, 7, 300-306.
81. Birks, J. B. Photophysics of aromatic molecules; Wiley: New York, 1970.
82. Miller, P. F.; de Souza, M. M.; Moratti, S. C.; Holmes, A. B.; Samuel, I. D. W.; Rumbles, G. Polym. Int. 2006, 55, 784.
83. Seferyan, H. Y.; Nasr, M. B.; Senekerimyan, V.; Zadoyan, R.; Collins, P.; Apkarian, V. A. Nano Lett. 2006, 6, 1757.
84. Pugzlys, A.; Augulis, R.; van Loosdrecht, P. H. M.; Didraga, C.; Malyshev, V. A.; Knoester, J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 20268.
85. Augulis, R.; Pugzlys, A.; van Loosdrecht, P. H. M. Phys. Status Solidi C 2006, 3, 3400.
86. Guss, W.; Feldmann, J.; Göbel, E. O.; Taliani, C.; Mohn, H.; Müller, W.; Häussler, P.; ter Meer, H.-U. Phys. Rev. Lett. 1994, 72, 2644.
87. Hagen, A.; Steiner, M.; Raschke, M. B.; Lienau, C.; Hertel, T.; Qian, H.; Meixner, A. J.; Hartschuh, A. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 197401.