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(chǎn)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(xiàn)行為缺乏相關(guān)的實驗證明。這里，結(jié)合了紅外納米成像和電子傳輸技術(shù)，研究了半導(dǎo)體單壁碳納米管中的等離子體激元行為，并且可通過電調(diào)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(tài)阻尼都可以被連續(xù)調(diào)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(jié)果與在金屬納米管中觀察到的柵極-無關(guān)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(xué)（超越了常規(guī)線性拉廷格液體范例），這對我們理解一維體系中的激發(fā)態(tài)性質(zhì)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(jié)構(gòu)，（c）半導(dǎo)體SWNTs的能帶結(jié)構(gòu)。
Figure 2. 金屬和半導(dǎo)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(dǎo)體SWNTs中柵極可控的等離子體激元。（a）半導(dǎo)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(dǎo)體納米管在不同柵極電壓下（-20至24 V）的近場響應(yīng)。
Figure 4. 非線性拉廷格液體模擬及與實驗結(jié)果的比較。
該研究工作由加州大學(xué)伯克利分校王楓課題組（第一作者是王勝）于2020年發(fā)表在Nature Materials國際頂級期刊上。原文：Nonlinear Luttinger liquid plasmons in semiconducting single-walled carbon nanotubes
