The effect of molecular adsorption on the transport properties of single walled carbon and boron nitride nanotubes (CNTs and BNNTs) is investigated using density functional theory and non-equilibrium Green's function methods. The calculated I-V characteristics predict noticeable changes in the conductivity of semiconducting BNNTs due to physisorption of nucleic acid base molecules. Specifically, guanine which binds to the side wall of BNNT significantly enhances its conductivity by introducing conduction channels near the Fermi energy of the bioconjugated system. For metallic CNTs, a large background current masks relatively small changes in current due to the biomolecular adsorption. The results therefore suggest the suitability of BNNTs for biosensing applications.
REFERENCES
1.
S.
Meng
, W. L.
Wang
, P.
Maragakis
, and E.
Kaxiras
, Nano Lett.
7
(8
), 2312
–2316
(2007
).2.
C. L.
Chen
, C. F.
Yang
, V.
Agarwal
, T.
Kim
, S.
Sonkusale
, A.
Busnaina
, M.
Chen
, and M. R.
Dokmeci
, Nanotechnology
21
(9
), 95504
–95511
(2010
).3.
B.
Gigliotti
, B.
Sakizzie
, D. S.
Bethune
, R. M.
Shelby
, and J. N.
Cha
, Nano Lett.
6
(2
), 159
–164
(2006
).4.
I.
Heller
, A. M.
Janssens
, J.
Mannik
, E. D.
Minot
, S. G.
Lemay
, and C.
Dekker
, Nano Lett.
8
(2
), 591
–595
(2008
).5.
E. S.
Jeng
, A. E.
Moll
, A. C.
Roy
, J. B.
Gastala
, and M. S.
Strano
, Nano Lett.
6
(3
), 371
–375
(2006
).6.
A. T. C.
Johnson
, C.
Staii
, M.
Chen
, S.
Khamis
, R.
Johnson
, M. L.
Klein
, and A.
Gelperin
, Semicond. Sci. Technol.
21
(11
), S17
–S21
(2006
).7.
A. T. C.
Johnson
, C.
Staii
, M.
Chen
, S.
Khamis
, R.
Johnson
, M. L.
Klein
, and A.
Gelperin
, Phys. Status Solidi B
243
(13
), 3252
–3256
(2006
).8.
Y. R.
Lu
, S.
Bangsaruntip
, X. R.
Wang
, L.
Zhang
, Y.
Nishi
, and H. J.
Dai
, J. Am. Chem. Soc.
128
(11
), 3518
–3519
(2006
).9.
W.
Martin
, W. S.
Zhu
, and G.
Krilov
, J. Phys. Chem. B
112
(50
), 16076
–16089
(2008
).10.
H. J.
Gao
and Y.
Kong
, Annu. Rev. Mater. Res.
34
, 123
–150
(2004
).11.
C.
Staii
and A. T.
Johnson
, Nano Lett.
5
(9
), 1774
–1778
(2005
).12.
J.
Lu
, S.
Nagase
, X. W.
Zhang
, D.
Wang
, M.
Ni
, Y.
Maeda
, T.
Wakahara
, T.
Nakahodo
, T.
Tsuchiya
, T.
Akasaka
, Z. X.
Gao
, D. P.
Yu
, H. Q.
Ye
, W. N.
Mei
, and Y. S.
Zhou
, J. Am. Chem. Soc.
128
(15
), 5114
–5118
(2006
).13.
M.
Zheng
, A.
Jagota
, E. D.
Semke
, B. A.
Diner
, R. S.
McLean
, S. R.
Lustig
, R. E.
Richardson
, and N. G.
Tassi
, Nat. Mater.
2
(5
), 338
–342
(2003
).14.
M.
Zheng
, A.
Jagota
, M. S.
Strano
, A. P.
Santos
, P.
Barone
, S. G.
Chou
, B. A.
Diner
, M. S.
Dresselhaus
, R. S.
McLean
, G. B.
Onoa
, G. G.
Samsonidze
, E. D.
Semke
, M.
Usrey
, and D. J.
Walls
, Science
302
(5650
), 1545
–1548
(2003
).15.
A.
Star
, E.
Tu
, J.
Niemann
, J. C. P.
Gabriel
, C. S.
Joiner
, and C.
Valcke
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
103
(4
), 921
–926
(2006
).16.
D. A.
Heller
, E. S.
Jeng
, T. K.
Yeung
, B. M.
Martinez
, A. E.
Moll
, J. B.
Gastala
, and M. S.
Strano
, Science
311
(5760
), 508
–511
(2006
).17.
J. S.
Hwang
, H. T.
Kim
, M. H.
Son
, J. H.
Oh
, S. W.
Hwang
, and D.
Ahn
, Physica E (Amsterdam)
40
(5
), 1115
–1117
(2008
).18.
S.
Gowtham
, R. H.
Scheicher
, R.
Pandey
, S. P.
Karna
, and R.
Ahuja
, Nanotechnology
19
(12
), 125701
–125706
(2008
).19.
S. M.
Khamis
, R. A.
Jones
, A. T. C.
Johnson
, G.
Preti
, J.
Kwak
, and A.
Gelperin
, AIP Adv.
2
(2
), 22110
–22111
(2012
).20.
R. J.
Chen
, Y. G.
Zhang
, D. W.
Wang
, and H. J.
Dai
, J. Am. Chem. Soc.
123
(16
), 3838
–3839
(2001
).21.
M. L.
Cohen
and A.
Zettl
, Phys. Today
63
(11
), 34
–38
(2010
).22.
S.
Mukhopadhyay
, S.
Gowtham
, R. H.
Scheicher
, R.
Pandey
, and S. P.
Karna
, Nanotechnology
21
(16
), 165703
(2010
).23.
B.
Akdim
, S. N.
Kim
, R. R.
Naik
, B.
Maruyama
, M. J.
Pender
, and R.
Pachter
, Nanotechnology
20
(35
), 355705
–355712
(2009
).24.
J. P.
Perdew
and A.
Zunger
, Phys. Rev. B
23
(10
), 5048
–5079
(1981
).25.
P.
Hohenberg
and W.
Kohn
, Phys. Rev.
136
(3B
), B865
(1964
).26.
W.
Kohn
and L. J.
Sham
, Phys. Rev.
140
(4A), A1133
–A1138
(1965
).27.
G.
Kresse
and J.
Furthmüller
, Comp. Mater. Sci.
6
(1
), 15
–50
(1996
).28.
G.
Kresse
and D.
Joubert
, Phys. Rev. B
59
(3
), 1758
(1999
).29.
H. J.
Monkhorst
and J. D.
Pack
, Phys. Rev. B
13
(12
), 5188
–5192
(1976
).30.
M.
Simeoni
, C.
De Luca
, S.
Picozzi
, S.
Santucci
, and B.
Delley
, J. Chem. Phys.
122
(21
), 214710
(2005
).31.
F.
Tournus
, S.
Latil
, M. I.
Heggie
, and J. C.
Charlier
, Phys. Rev. B
72
(7
), 075431
(2005
).32.
J. P.
Perdew
, J. A.
Chevary
, S. H.
Vosko
, K. A.
Jackson
, M. R.
Pederson
, D. J.
Singh
, and C.
Fiolhais
, Phys. Rev. B
46
(11
), 6671
–6687
(1992
).33.
F.
Ortmann
, W. G.
Schmidt
, and F.
Bechstedt
, Phys. Rev. Lett.
95
(18
), 186101
–186104
(2005
).34.
A. R.
Rocha
, V. M.
Garcia-Suarez
, S.
Bailey
, C.
Lambert
, J.
Ferrer
, and S.
Sanvito
, Phys. Rev. B
73
(8
), 085414
(2006
).35.
A. R.
Rocha
, V. M.
Garcia-Suarez
, S. W.
Bailey
, C. J.
Lambert
, J.
Ferrer
, and S.
Sanvito
, Nat. Mater.
4
(4
), 335
–339
(2005
).36.
H. J.
Liu
and C. T.
Chan
, Phys. Rev. B
66
(11
) 115416
–115420
(2002
).37.
N. G.
Chopra
, R. J.
Luyken
, K.
Cherrey
, V. H.
Crespi
, M. L.
Cohen
, S. G.
Louie
, and A.
Zettl
, Science
269
(5226
), 966
–967
(1995
).38.
A.
Bachtold
, M. S.
Fuhrer
, S.
Plyasunov
, M.
Forero
, E. H.
Anderson
, A.
Zettl
, and P. L.
McEuen
, Phys. Rev. Lett.
84
(26
), 6082
–6085
(2000
).39.
S.
Mukhopadhyay
, R. H.
Scheicher
, R.
Pandey
, and S. P.
Karna
, J. Phys. Chem. Lett.
2
(19
), 2442
–2447
(2011
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
