通用Luttinger半金属中等离子体激元的剖析

我们研究了在各向同性、各向异性以及带质量对称与非对称Luttinger半金属（Luttinger semimetals, LSMs）中有利于等离子体激元出现的参数区间。LSM在其能带结构中包含一个二次带交叉点（quadratic band-crossing point, QBCP），其色散的上、下分支均为二重简并。虽然非零温度（$T$）可因热效应激发费米能级附近的粒子-空穴对（即使在零掺杂时亦然），但有限掺杂（$\mu$）在任何$T$下都将费米能级移离QBCP，导致有限费米面（而非费米点）。这两种情形自然产生有限态密度。因此，$T$或$\mu$非零是等离子体激元存在的必要条件，否则QBCP处的零态密度绝不可能催生这一集体模式。除$T$和$\mu$外，我们考虑了所有可能参数的影响，如立方各向异性、带质量不对称，以及与（准粒子）质量及费米子味数成正比的材料依赖变量$X$。我们采用随机相位近似计算由屏蔽库仑相互作用引起的准粒子衰变率$\tau^{-1}$（亦称非弹性散射率）。$\tau^{-1}$谱中明确的尖锐峰标志着等离子体激元的出现。由结果可得，$X$是关键调控参数，其较大值有助于等离子体激元涌现；另一方面，相关特征对立方各向异性和带质量不对称大体不敏感。