We applied Time-Resolved Two-Photon Photoemission spectroscopy to probe the electron-phonon (e-ph) coupling strength in double-wall carbon nanotubes. The e-ph energy transfer rate G(Te, Tl) from the electronic system to the lattice depends linearly on the electron (Te) and lattice (Tl) temperatures for Te>ΘDebye. Moreover, we numerically solved the Two-Temperature Model. We found: (i) a Te decay with a 3.5 ps time constant and no significant change in Tl; (ii) an e-ph coupling factor of 2 × 1016 W/m3; (iii) a mass-enhancement parameter, λ, of (5.4 ± 0.9) × 10−4; and (iv) a decay time of the electron energy density to the lattice of 1.34 ± 0.85 ps.
REFERENCES
1.
W.
Shi
, Z.
Wang
, Q.
Zhang
, Y.
Zheng
, C.
Ieong
, M.
He
, R.
Lortz
, Y.
Cai
, N.
Wang
, T.
Zhang
, H.
Zhang
, Z.
Tang
, P.
Sheng
, H.
Muramatsu
, Y. A.
Kim
, M.
Endo
, P. T.
Araujo
, and M. S.
Dresselhaus
, Sci. Rep.
2
, 625
(2012
).
[PubMed]
2.
K. S.
Novoselov
, A. K.
Geim
, S. V.
Morozov
, D.
Jiang
, Y.
Zhang
, S. V.
Dubonos
, I. V.
Grigorieva
, and A. A.
Firsov
, Science
306
, 666
(2004
).3.
A.
Javey
, J.
Guo
, M.
Paulsson
, Q.
Wang
, D.
Mann
, M.
Lundstrom
, and H. J.
Dai
, Phys. Rev. Lett.
92
, 106804
(2004
).4.
J. Y.
Park
, S.
Rosenblatt
, Y.
Yaish
, V.
Sazonova
, H.
Ustunel
, S.
Braig
, T. A.
Arias
, P. W.
Brouwer
, and P. L.
McEuen
, Nano Lett.
4
, 517
(2004
).5.
E.
Pop
, D.
Mann
, J.
Cao
, Q.
Wang
, K. E.
Goodson
, and H. J.
Dai
, Phys. Rev. Lett.
95
, 155505
(2005
).6.
M.
Lazzeri
, S.
Piscanec
, F.
Mauri
, A. C.
Ferrari
, and J.
Robertson
, Phys. Rev. Lett.
95
, 236802
(2005
).7.
V.
Perebeinos
, J.
Tersoff
, and P.
Avouris
, Phys. Rev. Lett.
94
, 086802
(2005
).8.
Z.
Yao
, C. L.
Kane
, and C.
Dekker
, Phys. Rev. Lett.
84
, 2941
(2000
).9.
M.
Lazzeri
and F.
Mauri
, Phys. Rev. B
73
, 165419
(2006
).10.
M.
Lazzeri
, S.
Piscanec
, F.
Mauri
, A. C.
Ferrari
, and J.
Robertson
, Phys. Rev. B
73
, 155426
(2006
).11.
S.
Piscanec
, M.
Lazzeri
, F.
Mauri
, A. C.
Ferrari
, and J.
Robertson
, Phys. Rev. Lett.
93
, 185503
(2004
).12.
T.
Kampfrath
, L.
Perfetti
, F.
Schapper
, C.
Frischkorn
, and M.
Wolf
, Phys. Rev. Lett.
95
, 187403
(2005
).13.
H. G.
Yan
, D. H.
Song
, K. F.
Mak
, I.
Chatzakis
, J.
Maultzsch
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. B
80
, 121403
(2009
).14.
Y.
Yin
, A. N.
Vamivakas
, A. G.
Walsh
, S. B.
Cronin
, M. S.
Unlu
, B. B.
Goldberg
, and A. K.
Swan
, Phys. Rev. Lett.
98
, 037404
(2007
).15.
T.
Hertel
and G.
Moos
, Phys. Rev. Lett.
84
, 5002
(2000
).16.
C. H.
Park
, F.
Giustino
, M. L.
Cohen
, and S. G.
Louie
, Nano Lett.
8
, 4229
(2008
).17.
A.
Hagen
, G.
Moos
, V.
Talalaev
, and T.
Hertel
, Appl. Phys. A
78
, 1137
(2004
);H.
Petek
and S.
Ogawa
. Prog. Surf. Sci.
56
, 239
(1997
).18.
J.
Noffsinger
and M. L.
Cohen
, Phys Rev B
83
, 165420
(2011
).19.
M.
Zamkov
, N.
Woody
, B.
Shan
, Z.
Chang
, and P.
Richard
, Phys. Rev. Lett.
94
, 056803
(2005
).20.
Y.
Ishida
, T.
Togashi
, K.
Yamamoto
, M.
Tanaka
, T.
Taniuchi
, T.
Kiss
, M.
Nakajima
, T.
Suemoto
, and S.
Shin
, Sci. Rep.
1
, 64
(2011
).21.
P. B.
Allen
, Phys. Rev. Lett.
59
, 1460
(1987
).22.
I.
Chatzakis
, H. G.
Yan
, D. H.
Song
, S.
Berciaud
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. B
83
, 205411
(2011
).23.
N.
Bonini
, M.
Lazzeri
, N.
Marzari
, and F.
Mauri
, Phys. Rev. Lett.
99
, 176802
(2007
).24.
G.
Grimvall
, “The electron-phonon interaction in metals
,” in Selected Topic in Solid State Physics
, edited by E. P.
Wohlfarth
(North-Holland
, Netherlands
, 1981
), Vol. XVI
, p. 49
.25.
S. I.
Anisimov
, B. L.
Kapeliovich
, and T. L.
Perelman
, Sov. Phys. JETP
39
, 375
(1974
).26.
J.
Hone
, B.
Batlogg
, Z.
Benes
, A. T.
Johnson
, and J. E.
Fischer
, Science
289
, 1730
(2000
).27.
G. G.
Silva
, A. W.
Musumeci
, A. P.
Gomes
, J. W.
Liu
, E. R.
Waclawik
, G. A.
George
, R. L.
Frost
, and M. A.
Pimenta
, J. Mater. Sci.
44
, 3498
(2009
).28.
L. X.
Benedict
, S. G.
Louie
, and M. L.
Cohen
, Solid State Commun.
100
, 177
(1996
).29.
K.
Kang
, T.
Ozel
, D. G.
Cahill
, and M.
Shim
, Nano Lett.
8
, 4642
(2008
).30.
D. H.
Song
, F.
Wang
, G.
Dukovic
, M.
Zheng
, E. D.
Semke
, L. E.
Brus
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. Lett.
100
, 225503
(2008
).31.
M.
Scheuch
, T.
Kampfrath
, M.
Wolf
, K.
von Volkmann
, C.
Frischkorn
, and L.
Perfetti
, Appl. Phys. Lett.
99
, 211908
(2011
).32.
K. F.
Mak
, C. H.
Lui
, and T. F.
Heinz
, Appl. Phys. Lett.
97
, 221904
(2010
).33.
L. M.
Malard
, K. F.
Mak
, A. H.
Castro Neto
, N. M. R.
Peres
, and T. F.
Heinz
, New J. Phys.
15
, 015009
(2013
).34.
J. H.
Strait
, H. N.
Wang
, S.
Shivaraman
, V.
Shields
, M.
Spencer
, and F.
Rana
, Nano Lett.
11
, 4902
(2011
).35.
C. H.
Lui
, K. F.
Mak
, J.
Shan
, and T. F.
Heinz
, Phys. Rev. Lett.
105
, 127404
(2010
).36.
M. I.
Kaganov
, I. M.
Lifshits
, and L. B.
Tanatarov
, Eksp. Teor. Fiz.
31
, 232
(1956
) [Sov. Phys. JETP 4, 173 (1957)].37.
T.
Hertel
, R.
Fasel
, and G.
Moos
, Appl. Phys. A
75
, 449
(2002
).38.
J.
Hohlfeld
, S. S.
Wellershoff
, J.
Gudde
, U.
Conrad
, V.
Jahnke
, and E.
Matthias
, Chem. Phys.
251
, 237
(2000
).39.
D.
Connetable
, G. M.
Rignanese
, J. C.
Charlier
, and X.
Blase
, Phys. Rev. Lett.
94
, 015503
(2005
).40.
S.
Okada
and A.
Oshiyama
, Phys. Rev. Lett.
21
, 216801
(2003
).41.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4816055 for detailed discussion of the TTM calculations.
© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.