中科院物理所,再发重磅Science

01研究背景Moiré模式是指由两个或多个周期模板之间的干扰而产生的一种新的长尺度结构。年,物理学家瑞利勋爵首次认识到moiré模式的科学和工程价值。此后,对moiré模式的研究促成了moiré技术的诞生,用于各种实际应用,例如精密测量和定位、自动化和应变测量。在凝聚态物理中,moiré模式(也称为moiré超晶格)可以通过垂直堆叠两个或多个二维(2D)层状材料而形成,具有微小的扭曲角和/或轻微的晶格不匹配。在过去的十年中,moiré超晶格以前所未有的新现象和独特的功能,改变了基础固体物理,材料科学和工程的景观,呈现出壮观的外观。二维(2D)层状材料由于其电子、光子和光电特性而无法在块状材料中获得,开创了基础研究和技术创新的新时代。今天,已经发现了超过种原子薄的2D材料,从宽带隙绝缘体(如h-BN)、半导体(如MoS2)和极性金属(如Ga)到超导体(如NbSe2)、铁磁体(如CrI3)和量子自旋液体(如RuCl3)。值得注意的是,具有不同性质的二维原子层可以堆叠在一起形成范德华(vdW)异质结构,而不受传统异质结构中晶格匹配的限制。这使得有机会在一种终极合成量子材料中结合不同成分的最佳特性,从而实现许多以前不可能实现的电子、光子、磁性和拓扑功能。有趣的是,几何moiré超晶格的出现是由于组成二维原子层之间的干涉与轻微的晶格不匹配和/或小的旋转扭曲。这个moiré超晶格引入了一个新的长度和能量尺度,并提供了一个平台来设计带结构(包括单粒子状态和集体激发)和奇异量子现象的光-物质相互作用。在魔法角扭曲双层石墨烯(TBG)中相关绝缘态和非常规超导性的发现触发下,在moiré超晶格中发现了大量令人兴奋的电子、光学和光电特性,包括moiré激子、通用量子光源、轨道铁磁性、Wigner晶体态、条纹相、拓扑多铁序、玻色子激子晶体和智能红外传感。02研究成果Moiré超晶格,人工量子材料,为探索全新的物理和设备架构提供了广泛的可能性。中科院物理所杜罗军研究员、张广宇研究员,芬兰阿尔托大学孙志培教授合作介绍了新兴的moiré光子学和光电子学的最新进展,包括但不限于moiré激子、三激子和极化激子;共振杂化激子;重构的集体兴奋;强中远红外光响应;太赫兹单光子探测;还有打破对称性的光电子学。作者还讨论了该领域未来的机遇和研究方向,例如开发先进的技术来探测单个moiré超级单体中的新兴光子学和光电子学;探索新的铁电、磁和多铁moiré系统;并利用外部自由度来设计moiré属性,以实现令人兴奋的物理和潜在的技术创新。相关研究工作以“Moiréphotonicsandoptoelectronics”为题发表在国际顶级期刊《Science》上。祝贺!03图文速递图1.Moiré超晶格和moiré物理研究中关键发展的时间轴图2.摩尔激子和三激子本文综述了新兴的moiré光子学和光电子学的最新进展,如moiré中性和带电激子、共振杂化激子、moiré极化激子、moiré相关电子态的涌现光学响应、重构集体激励、太赫兹单光子探测、强中远红外光响应、破对称光电子学等。我们还展望了这一领域的主要挑战和未来机遇,以及对潜在新技术创新的影响。我们特别

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