半导体单壁碳纳米管中的非线性Luttinger液体等离子体激元

摘要： 一维空间中相互作用的电子通常由Luttinger液体理论描述，该理论假设低能电子色散呈线性且由此产生的等离激元激发是非相互作用的。然而，在具有非线性电子能带的一维材料中，Luttinger液体预计会表现出强烈的等离激元-等离激元相互作用，但此前一直缺乏这种行为的实验证据。本研究结合红外纳米成像与电子输运技术，通过静电门控调控载流子浓度，探究了半导体单壁碳纳米管中等离激元激发的行为。我们发现等离激元的传播速度和动态阻尼均可连续调节，这一现象与非线性Luttinger液体理论高度吻合。这与金属纳米管中观测到的与门控无关的等离激元形成鲜明对比——后者符合线性Luttinger液体的预期。我们的发现为超越传统线性Luttinger液体范式的一维电子动力学提供了实验证据，对理解一维体系中的激发态性质具有重要意义。