单个碳纳米管中的激子-等离子体相互作用

我们采用适用于吸收和色散介质的宏观量子电动力学方法，研究单壁和双壁碳纳米管中集体表面激发——激子和等离子体——的性质和作用。我们表明，在单个小直径（<~1 nm）单壁碳纳米管中，激子态与表面电磁模式的相互作用可能导致强激子-表面等离子体耦合。单个纳米管的光学响应表现出约0.1 eV的Rabi分裂，无论是在线性激发 regime 还是在具有光诱导双激子态形成的非线性激发 regime 中，当激子能量调谐到纳米管最近的带间表面等离子体共振时。垂直于纳米管轴施加的静电场可用于控制激子-等离子体耦合。对于双壁碳纳米管，我们表明，在管间距接近其平衡距离时，带间表面等离子体对管间Casimir力有显著影响。来自两个管的强重叠等离子体共振保证了它们更强的吸引力。具有这种集体激发特征的纳米管手性将导致在双壁碳纳米管中形成最有利的内外管组合。这些结果为开发基于碳纳米管的新一代可调谐光电子和纳米机电设备应用铺平了道路。