一维 van der Waals 晶体中强耦合声子
介观与纳米尺度物理
2025-04-01 v2
摘要
显著的电子-电子相互作用和电子-声子相互作用在一维 (1D) 系统中十分常见，已被广泛地用作 Luttinger 液体、Peierls 不稳定性及随之而来的电荷密度波等理论框架进行描述。然而，1D 中的强耦合声子的实验观察迄迄未被报道。本文首次报告了在一维凝聚态物质中观察到强耦合声子的现象，采用双壁碳纳米管 (DWNTs) 作为典型的 1D van der Waals 晶体，结合光谱学和显微技术，以及 ab initio 密度泛函理论 (DFT) 计算。我们观察到在一种共轴 DWNT 晶体中发现未知的声子模式，另外在三种非共轴 DWNT 晶体中发现类似现象，其中三种声子模式伴随显著的电子能带重构。我们的 DFT 计算表明，对于实验观察到的共轴 DWNT (7,7) @ (12,12)，这种新声子模式源于内外纳米管两个横向声学模 (ZA 模) 之间近似退化的耦合，其沿纳米管周向具有约等于三角和五边形的旋转对称性。这种耦合显著地混合了两个壳体中的声子模式，导致形成一种独特的晶格运动，特征为沿内外纳米管均匀分布的振动振幅，这与已知的 1D 系统中任何声子模式都有显著不同。所有 exhibiting 显著新声子模式的四个 DWNTs 显示出小的手性角扭曲，直径比例接近 3/5，并且新声子模式的频率随直径增大而减小，这些都支持所发现的耦合机制。我们对 DWNTs 中强耦合声子的发现，为工程化声子以及探索 1D 凝聚态物质中新颖声子相关现象开辟了新的机遇。
引用
@article{arxiv.2408.08596,
title = {Strongly hybridized phonons in one-dimensional van der Waals crystals},
author = {Shaoqi Sun and Qingyun Lin and Yihuan Li and Daichi Kozawa and Huizhen Wu and Shigeo Maruyama and Pilkyung Moon and Toshikaze Kariyado and Ryo Kitaura and Sihan Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.08596},
year = {2025}
}
备注
30 pages; 4 figures, 1 table, 11 supplementary data figures, etc.; Physical Review Letters (2025, in press)