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基于范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的扭曲電子學(xué)已引起廣泛關(guān)注，一個(gè)特殊的系統(tǒng)是扭曲雙層石墨烯。在魔角下，扭曲雙層石墨烯可以擁有莫爾平坦帶，在這個(gè)平坦帶中，狄拉克點(diǎn)的費(fèi)米速度變?yōu)榱?，態(tài)密度變得很高，這有利于電子之間的強(qiáng)相關(guān)性。這樣一個(gè)有趣的系統(tǒng)為研究強(qiáng)相關(guān)材料提供了一個(gè)干凈有力的平臺(tái)，并可能有助于闡明超導(dǎo)性能。

莫爾超晶格的光學(xué)特性也受到了關(guān)注，在扭曲雙層石墨烯中，莫爾超晶格已被證明可以作為傳播表面等離子體極化子的納米級(jí)光子晶體。在光學(xué)非線性晶體中，由光學(xué)折射所產(chǎn)生的光子莫爾晶格已被證明能引起光的局域化和非局域化，為控制光的模式和探索周期性-非周期性相位變化提供了強(qiáng)有力的工具。莫爾超晶格也可用來控制聲子極化子的色散。

近日，北京大學(xué)馬仁敏課題組在Nature Nanotechnology上發(fā)表最新成果，Magic-angle lasers in nanostructured moiré superlattice，提出并演示了一類新的扭曲光子石墨烯超晶格的魔角激光器。

作者用兩組扭曲的光子石墨烯晶格在半導(dǎo)體薄膜中繪制納米結(jié)構(gòu)的魔角超晶格。在強(qiáng)場(chǎng)局域化的魔角激光中，層間耦合將狄拉克錐轉(zhuǎn)換為具有非色散特性的平坦帶。與基于單光子晶格的光子晶體缺陷激光納米腔相比，魔角激光納米腔有三個(gè)顯著特征：

首先，魔角激光納米腔的約束機(jī)制并不依賴于全帶隙，而是依賴于光子石墨烯晶格的兩個(gè)扭曲層之間的模耦合。簡單的扭轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生模體積小于(λ/n)³的高度受限納米腔，其中λ是自由空間的諧振波長，n是半導(dǎo)體薄膜的折射率。

其次，魔角激光納米腔的強(qiáng)受限模在光錐下的單光子石墨烯晶格第一個(gè)布里淵區(qū)邊緣有一個(gè)平面內(nèi)主導(dǎo)動(dòng)量，導(dǎo)致納米腔的高質(zhì)量因子值超過40萬；

最后，魔角激光納米腔可以形成比光子晶體缺陷激光納米腔陣列帶寬小得多的平坦帶，從而形成緊湊和可重構(gòu)的納米激光陣列。

作者演示了在四種不同的扭曲角度下使用魔角激光器，并使用它們的激光發(fā)射作為直接探針來表征魔角下的波函數(shù)局部化。魔角激光的發(fā)射允許直接成像波函數(shù)的魔角狀態(tài)。

單層介質(zhì)膜中的魔角納米腔為構(gòu)建納米激光器、納米發(fā)光二極管、非線性光學(xué)和納米尺度的腔量子電動(dòng)力學(xué)等高質(zhì)量納米腔提供了一個(gè)簡單而堅(jiān)固的平臺(tái)。

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