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.

1.
S.
Iijima
,
Nature
354
,
56
(
1991
);
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.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.