莫尔超晶格在光子学和光电子学中展现超强能力

中国科学院物理研究所(IOP)的研究人员与国际同行合作，概述了新兴莫尔光子学和光电子学的最新进展。它于3月30日发表在《科学》杂志上。

莫尔超晶格是通过垂直堆叠两个或多个具有轻微晶格失配和/或小旋转扭曲的二维(2D)层状材料形成的人造量子材料。它们引入了比组成二维层的晶体周期性大得多的长度尺度的潜在景观，为工程能带结构提供了一种新的范例，从而提供了大量奇异的量子现象。

例如，莫尔势能景观可以将电子能带结构折叠成一个迷你布里渊区，从而形成平带和丰富的强相关和拓扑状态相图，例如超导性、轨道磁性、维格纳晶态，陈绝缘体状态和量子模拟器。

当莫尔超晶格与光耦合时，它们为捕捉许多新出现的光子和光电现象的第一眼开辟了前所未有的可能性。例如，莫尔超晶格为在实空间和动量空间中设计激子准粒子提供了强大的策略，分别产生了类似量子点的莫尔激子和Bragg-umklapp莫尔激子。

受莫尔激子突破的触发，在过去几年中，莫尔超晶格以前所未有的速度出现了大量迷人的光子和光电特性，包括但不限于莫尔激子/极化激元、共振杂化激子、重建的集体激发、强中/远红外光响应、太赫兹单光子检测和对称破缺光电子学。

使用莫尔超晶格提供的新自由度为众多应用的工程光物质相互作用提供了新范例，例如多功能量子光源、超低阈值宽带激子激光和智能红外传感器。

研究人员还讨论了该领域的未来机会和研究方向，例如开发用于探测单个莫尔超级电池中的涌现光子学和光电子学的先进技术，探索新的铁电、磁性和多铁性莫尔系统，以及使用外部自由度来设计莫尔特性，从而导致令人兴奋的物理学和潜在的技术创新。

“最近取得的令人眼花缭乱的成就表明，我们才刚刚开始探索莫尔光子学和光电子学的道路，”该研究的第一作者、IOP的杜洛军教授说。杜还指出，该领域的未来发展无疑将带来更多惊喜，并进一步改变物理学、材料科学、光量子技术、能量收集、信息等领域的基础科学研究和技术创新格局。总的来说，莫尔光子学和光电子学时代正在到来。

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