Optical excitations of the hybrids, which are assembled by coupling single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with organic molecules through van der Waals interactions, are studied using ab initio manybody Green’s function theory. We take the semiconducting (7,0) SWCNT, the squarylium and oligothiophene molecules as the example. The E11 and E22 absorption peaks of the (7,0) tube can be redshifted by tens of meV. Most importantly, the lowest dark exciton of the (7,0) tube at the lower-energy side of E11 can be brightened by the interaction between the nanotube and molecules. Position of this new satellite absorption peak is influenced by the type of adsorbed molecule. These findings may be useful for tuning the emission energy and emission efficiency of CNTs.

[1]
N.
Karousis
,
N.
Tagmatarchis
, and
D.
Tasis
,
Chem. Rev.
110
,
5366
(
2010
).
[2]
M. J.
O’Connell
,
S. M.
Bachilo
,
C. B.
Huffman
,
V. C.
Moore
,
M. S.
Strano
,
E. H.
Haroz
,
K. L.
Rialon
,
P. J.
Boul
,
W. H.
Noon
,
C.
Kittrell
,
J.
Ma
,
R. H.
Hauge
,
R. B.
Weisman
, and
R. E.
Smalley
,
Science
297
,
593
(
2002
).
[3]
V.
Perebeinos
,
J.
Tersoff
, and
P.
Avouris
,
Nano Lett.
5
,
2495
(
2005
).
[4]
H.
Zhao
and
S.
Mazumdar
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
157402
(
2004
).
[5]
C. D.
Spataru
,
S.
Ismail-Beigi
,
R. B.
Capaz
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
247402
(
2005
).
[6]
[7]
J.
Shaver
,
J.
Kono
,
O.
Portugall
,
V.
Krstíc
,
G. L. J. A.
Rikken
,
Y.
Miyauchi
,
S.
Maruyama
, and
V.
Perebeinos
,
Nano Lett.
7
,
1851
(
2007
).
[8]
A.
Srivastava
,
H.
Htoon
,
V. I.
Klimov
, and
J.
Kono
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
087402
(
2008
).
[9]
R.
Matsunaga
,
K.
Matsuda
, and
Y.
Kanemitsu
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
147404
(
2008
).
[10]
H.
Harutyunyan
,
T.
Gokus
,
A. A.
Green
,
M. C.
Hersam
,
M.
Allegrini
, and
A.
Hartschuh
,
Nano Lett.
9
,
2010
(
2009
).
[11]
R.
Matsunaga
,
K.
Matsuda
, and
Y.
Kanemitsu
,
Phys. Rev. B
81
,
033401
(
2010
).
[12]
S.
Ghosh
,
S. M.
Bachilo
,
R. A.
Simonette
,
K. M.
Beckingham
, and
R. B.
Weisman
,
Science
330
,
1656
(
2010
).
[13]
Y.
Miyauchi
,
M.
Iwamura
,
S.
Mouri
,
T.
Kawazoe
,
M.
Ohtsu
, and
K.
Matsuda
,
Nature Photon.
7
,
715
(
2013
).
[14]
K.
Nagatsu
,
S.
Chiashi
,
S.
Konabe
, and
Y.
Homma
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
157403
(
2010
).
[15]
O.
Kiowski
,
K.
Arnold
,
S.
Lebedkin
,
F.
Hennrich
, and
M. M.
Kappes
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
237402
(
2007
).
[16]
S.
Kilina
,
J.
Ramirez
, and
S.
Tretiak
,
Nano Lett.
12
,
2306
(
2012
).
[17]
R. M.
Tromp
,
A.
Afzali
,
M.
Freitag
,
D. B.
Mitzi
, and
Z.
Chen
,
Nano Lett.
8
,
469
(
2008
).
[18]
C.
Oelsner
,
C.
Schmidt
,
F.
Hauke
,
M.
Prato
,
A.
Hirsch
, and
D. M.
Guldi
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
4580
(
2011
).
[19]
C.
Romero-Nieto
,
R.
García
,
M. A.
Herranz
,
C.
Ehli
,
M.
Ruppert
,
A.
Hirsch
,
D. M.
Guldi
, and
N.
Martín
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
9183
(
2012
).
[20]
Q.
Zhong
,
V. V.
Diev
,
S. T.
Roberts
,
P. D.
Antunez
,
R. L.
Brutchey
,
S. E.
Bradforth
, and
M. E.
Thompson
,
ACS Nano
7
,
3466
(
2013
).
[21]
K.
Yanagi
,
K.
Iakoubovskii
,
S.
Kazaoui
,
N.
Minami
,
Y.
Ma
, niwa,
Y.
Miyata
, and
H.
Kataura
,
Phys. Rev. B
74
,
155420
(
2006
).
[22]
K.
Yanagi
,
K.
Iakoubovskii
,
H.
Matsui
,
H.
Matsuzaki
,
H.
Okamoto
,
Y.
Miyata
,
Y.
Maniwa
,
S.
Kazaoui
,
N.
Minami
, and
H.
Kataura
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
4992
(
2007
).
[23]
M. A.
Loi
,
J.
Gao
,
F.
Cordella
,
P.
Blondeau
,
E.
Menna
,
B.
Bártová
,
C.
Hébert
,
S.
Lazar
,
G. A.
Botton
,
M.
Milko
, and
C.
Ambrosch-Draxl
,
Adv. Mater.
22
,
1635
(
2010
).
[24]
A. I.
Chernov
,
P. V.
Fedotov
,
A. V.
Talyzin
,
I. S.
Lopez
,
I. V.
Anoshkin
,
A. G.
Nasibulin
,
E. I.
Kauppinen
, and
E. D.
Obraztsova
,
ACS Nano
7
,
6346
(
2013
).
[25]
P.
Singh
,
S.
Campidelli
,
S.
Giordani
,
D.
Bonifazi
,
A.
Bianco
, and
M.
Prato
,
Chem. Soc. Rev.
38
,
2214
(
2009
).
[26]
F.
Hof
,
S.
Bosch
,
S.
Eigler
,
F.
Hauke
, and
A.
Hirsch
,
J. Am. Chem. Soc.
135
,
18385
(
2013
).
[27]
K.
Yanagi
and
H.
Kataura
,
Nature Photon.
4
,
200
(
2010
).
[28]
A. J.
Lee
,
X.
Wang
,
L. J.
Carlson
,
J. A.
Smyder
,
B.
Loesch
,
X.
Tu
,
M.
Zheng
, and
T. D.
Krauss
,
Nano Lett.
11
,
1636
(
2011
).
[29]
X.
Liu
,
H.
Kuzmany
,
P.
Ayala
,
M.
Calvaresi
,
F.
Zerbetto
, and
T.
Pichler
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
3202
(
2012
).
[30]
L.
Hedin
and
S.
Lundqvist
,
in Solid State Physics : Advances in Research and Application, Vol. 23
,
F.
Seitz
,
D.
Turnbull
, and
H.
Ehrenreich
Eds.
New York
:
Academic
,
1
(
1969
).
[31]
G.
Onida
,
L.
Reining
, and
A.
Rubio
,
Rev. Mod. Phys.
74
,
601
(
2002
).
[32]
J. M.
Soler
,
E.
Artacho
,
J. D.
Gale
,
A.
García
,
J.
Junquera
,
P.
Ordejón
, and
D.
Sánchez-Portal
,
J. Phys.: Condens. Matter
14
,
2745
(
2002
).
[33]
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
[34]
N.
Troullier
and
J. L.
Martins
,
Phys. Rev. B
43
,
1993
(
1991
).
[35]
M.
Rohlfing
,
P.
Krüger
, and
J.
Pollmann
,
Phys. Rev. B
48
,
17791
(
1993
).
[36]
M.
Rohlfing
,
P.
Krüger
, and
J.
Pollmann
,
Phys. Rev. B
52
,
1905
(
1995
).
[37]
M.
Rohlfing
and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. B
62
,
4927
(
2000
).
[38]
C. D.
Spataru
,
S.
Ismail-Beigi
,
L. X.
Benedict
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
077402
(
2004
).
[39]
[40]
R. B.
Weisman
and
S. M.
Bachilo
,
Nano Lett.
3
,
1235
(
2003
).
[41]
C. D.
Spataru
,
S.
Ismail-Beigi
,
R. B.
Capaz
, and
S. G.
Louie
,
in Carbon Nanotubes: Advanced Topics in the Synthesis, Structure, Properties and Applications,
A.
Jorio
,
M. S.
Dresselhaus
, and
G.
Dresselhaus
Eds.,
Berlin
:
Springer
,
195
(
2008
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.