We have studied the work function and density of states (DOS) of multiwall carbon nanotubes (MWNTs) using ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS). Raw MWNTs were purified by successive sonication, centrifugation, sedimentation, and filtration processes with the aid of a nonionic surfactant. The purified MWNTs showed a slightly lower work function (4.3 eV) than that of highly oriented pyrolytic graphite (4.4 eV). Effects of three different oxidative treatments, air-, oxygen plasma-, and acid-oxidation, have also been studied. It was found that oxidative treatments affect the DOS of valence bands and increase the work function. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements have suggested that gas-phase treatment preferentially forms hydroxyl and carbonyl groups, while liquid-phase treatment forms carboxylic acid groups on the surface of MWNTs. These surface chemical groups disrupt the π-conjugation and introduce surface dipole moments, leading to higher work functions up to 5.1 eV. We expect the information on the work function of the MWNTs to be of importance to the development of electronic or optoelectronic applications.

Although the thermal properties of millimeter-sized carbon nanotube mats and packed carbon nanofibers have been readily measured, measurements for a single nanotube are extremely difficult. Here, we report a novel method that can reliably measure the thermal conductivity of a single carbon nanotube using a suspended sample-attached $T$-type nanosensor. Our experimental results show that the thermal conductivity of a carbon nanotube at room temperature increases as its diameter decreases, and exceeds $2000\text{ }\text{ }\mathrm{W}/\mathrm{mK}$ for a diameter of 9.8 nm. The temperature dependence of the thermal conductivity for a carbon nanotube with a diameter of 16.1 nm appears to have an asymptote near 320 K. The present method is, in principle, applicable to any kind of a single nanofiber, nanowire, and even single-walled carbon nanotube.

The advantages of combining carbon nanotubes with conjugated polymers for high-efficiency photovoltaic devices are explored in this article. The preparation and optical properties of a composite of multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) and poly(p-phenylene vinylene) (PPV) are reported and the efficiency of a photovoltaic device fabricated from the composite investigated. A quantum efficiency approximately twice that of the standard ITO device is reported, believed to be due in part to a complex interpenetrating network of polymer chains and MWNTs.

Anisotropic carbon nanotube–polyester composites have been realized by polymerization of the nanotube–monomer dispersion in a constant magnetic field (see Figure for method). Magnetic susceptibilities, electrical conductivities, and mechanical properties of the composite show clear anisotropy, indicating magnetic field-induced alignment of carbon nanotubes in the polymer matrix.

Epitaxial chemical vapor deposition (CVD) growth of uniform single-layer graphene is demonstrated over Co film crystallized on c-plane sapphire. The single crystalline Co film is realized on the sapphire substrate by optimized high-temperature sputtering and successive H2 annealing. This crystalline Co film enables the formation of uniform single-layer graphene, while a polycrystalline Co film deposited on a SiO2/Si substrate gives a number of graphene flakes with various thicknesses. Moreover, an epitaxial relationship between the as-grown graphene and Co lattice is observed when synthesis occurs at 1000 °C; the direction of the hexagonal lattice of the single-layer graphene completely matches with that of the underneath Co/sapphire substrate. The orientation of graphene depends on the growth temperature and, at 900 °C, the graphene lattice is rotated at 22 ± 8° with respect to the Co lattice direction. Our work expands a possibility of synthesizing single-layer graphene over various metal catalysts. Moreover, our CVD growth gives a graphene film with predefined orientation, and thus can be applied to graphene engineering, such as cutting along a specific crystallographic direction, for future electronics applications.

This perspective discusses recent advances in using strain to engineer the properties of thin-layer materials such as graphene and transition metal dichalcogenides (TMDs).

We studied high-order harmonic generation (HHG) in graphene driven by either linearly or elliptically polarized mid-infrared (MIR) light, and we additionally applied terahertz (THz) pulses to modulate the electron distribution in graphene. The high-harmonic spectrum obtained using linearly polarized MIR light contains only odd-order harmonics. We found that the intensities of the fifth- and seventh-order harmonics are reduced by the modulation with the THz pulses. In addition, we found that the THz-induced reduction of the seventh-order harmonic driven by elliptically polarized MIR light (at ellipticity ε = 0.3) is larger than that of seventh-order harmonic driven by linearly polarized MIR light (ε = 0). The observed behavior can be reproduced by theoretical calculations that consider different electron temperatures (caused by the THz pulses). Furthermore, the observed stronger suppression of HHG driven by elliptically polarized light reveals the following: in the case of elliptically polarized light, the generation of harmonics via interband transitions to conduction-band states that are closer to the Dirac point is more important than in the case of linearly polarized light. In other words, the quantum pathways via interband transitions to low-energy states are the origin of the enhancement of HHG that can be achieved in graphene by using elliptically polarized light.