受限碳纳米管中的 Wigner 晶体相

我们对受限半导体碳纳米管中的 Wigner 晶体态进行了详细的理论分析。通过稳健的标度论证以及详细的半微观计算，我们表明有效交换相互作用具有 SU(4) 对称性，并且在弱屏蔽的小直径纳米管中，其值可高达 $J\sim 100 {\rm \,K}$，接近 Wigner 晶体-电子液体渡越区。通过仔细建模纳米管并分析非均匀电子晶体的磁结构，我们重现了 Deshpande 和 Bockrath 实验观测到的“相边界”[V. V. Deshpande and M. Bockrath, Nature Physics $\mathbf 4$, 314 (2008)]。自旋-轨道耦合仅轻微改变这些相边界，但将自旋对称性破缺为 SU(2)$\times$SU(2)，并在 Wigner 分子中产生有趣的激发谱，反映出潜在的 SU(4) 以及剩余的 SU(2)$\times$SU(2) 对称性。