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加州大學伯克利分校王楓課題組(第一作者是王勝)--在半導體單壁碳納米管中發現了非線性拉廷格液體等離體激元
       一維體系中相互作用的電子通常由拉廷格液體理論來描述,即低能電子色散假定是線性的,并且所產生的等離體激元是不相互作用的。一維材料中的拉廷格液體具有非線性電子能帶,被期待擁有強烈的等離子體-等離子體相互作用,但是這些表現行為缺乏相關的實驗證明。這里,結合了紅外納米成像和電子傳輸技術,研究了半導體單壁碳納米管中的等離子體激元行為,并且可通過電調控控制其載流子密度。實驗表明:等離體激元的傳播速度和動態阻尼都可以被連續調諧,非線性拉廷格液體理論可以很好地捕獲這些行為。這些結果與在金屬納米管中觀察到的柵極-無關的等離體基元相反。該工作用實驗證明了一維體系中的電子動力學(超越了常規線性拉廷格液體范例),這對我們理解一維體系中的激發態性質是極其重要的。
 
Figure 1. 隨著可電控的載流子濃度變化,SWNTs的IR-SNOM示意圖。(a)納米管FET裝置的紅外納米成像示意圖,(b)金屬SWNTs的能帶結構,(c)半導體SWNTs的能帶結構。
 

Figure 2. 金屬和半導體SWNTs在不同柵極電壓下的紅外納米成像圖,柵極電壓范圍從−20至20 V,載流子密度先從空穴到電中性,最終到電子摻雜。 
 

Figure 3. 半導體SWNTs中柵極可控的等離子體激元。(a)半導體納米管的AFM形貌,插圖藍色曲線是沿著橫跨納米管的白色虛線的高度情況,其直徑被確定為2 nm,(b-i)半導體納米管在不同柵極電壓下(-20至24 V)的近場響應。 
 

Figure 4. 非線性拉廷格液體模擬及與實驗結果的比較。
 
      該研究工作由加州大學伯克利分校王楓課題組(第一作者是王勝)于2020年發表在Nature Materials國際頂級期刊上。原文:Nonlinear Luttinger liquid plasmons in semiconducting single-walled carbon nanotubes
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