一维体系中相互作用的电子通常由拉廷格液体理论来描述，即低能电子色散假定是线性的，并且所产生的等离体激元是不相互作用的。一维材料中的拉廷格液体具有非线性电子能带，被期待拥有强烈的等离子体-等离子体相互作用，但是这些表现行为缺乏相关的实验证明。这里，结合了红外纳米成像和电子传输技术，研究了半导体单壁碳纳米管中的等离子体激元行为，并且可通过电调控控制其载流子密度。实验表明：等离体激元的传播速度和动态阻尼都可以被连续调谐，非线性拉廷格液体理论可以很好地捕获这些行为。这些结果与在金属纳米管中观察到的栅极-无关的等离体基元相反。该工作用实验证明了一维体系中的电子动力学（超越了常规线性拉廷格液体范例），这对我们理解一维体系中的激发态性质是极其重要的。
 
Figure 1. 随着可电控的载流子浓度变化，SWNTs的IR-SNOM示意图。（a）纳米管FET装置的红外纳米成像示意图，（b）金属SWNTs的能带结构，（c）半导体SWNTs的能带结构。
 

Figure 2. 金属和半导体SWNTs在不同栅极电压下的红外纳米成像图，栅极电压范围从−20至20 V，载流子密度先从空穴到电中性，最终到电子掺杂。 
 

Figure 3. 半导体SWNTs中栅极可控的等离子体激元。（a）半导体纳米管的AFM形貌，插图蓝色曲线是沿着横跨纳米管的白色虚线的高度情况，其直径被确定为2 nm，（b-i）半导体纳米管在不同栅极电压下（-20至24 V）的近场响应。 
 

Figure 4. 非线性拉廷格液体模拟及与实验结果的比较。
 
      该研究工作由加州大学伯克利分校王枫课题组（第一作者是王胜）于2020年发表在Nature Materials国际顶级期刊上。原文：Nonlinear Luttinger liquid plasmons in semiconducting single-walled carbon nanotubes