利用波段偏移调谐导航摩尔纹物理学和光子学
发布时间：2023-10-07 10:03:20 阅读数： 130
双层摩尔纹超格可以通过改变一层的厚度来调整带偏移。资料来源：Peilong Hong
当两个具有不同角度或周期性的晶格结合在一起时，就会产生摩尔纹超晶格--在这一领域中，超导和光学孤子等惊人现象跃然纸上。这一领域的核心是摩尔平带，它是形成激光发射和二次谐波生成等先进光物质相互作用的关键因素。在摩尔纹物理学及其相关应用中，对平带的控制是一种举足轻重的超级能力。
摩尔纹平带通常由特殊结构产生，通常通过两个晶格层之间的旋转角度（魔幻角度）和间距（魔幻距离）的舞动来操控。最近，来自电子科技大学、安庆师范大学、广西大学和南开大学的合作研究团队提出了一种控制摩尔平带的新方法，即在参数空间中调整两个光子晶格的带偏移。
正如《先进光子学》（Advanced Photonics Nexus）杂志所报道的，研究小组发现，除了随着带偏移的变化而忽隐忽现的平带之外，在宽广的带偏移范围内还会出现两组稳定的平带。它们的稳定存在简化了对结构参数的严格控制，从而获得了非三维超晶格，为摩尔纹光子学带来了新的机遇。通过改变结构参数，可以调整这些强平带的谐振频率，从而制造出新型多谐振摩尔纹器件。
他们是如何实现这一突破的？他们从一个不匹配的硅基双层摩尔纹超晶格开始，通过改变超晶格中一层的厚度来调整频带偏移。然后，通过计算不同带偏移下的超晶格带结构，他们观察到带偏移有效地控制了摩尔平带，包括超晶格中某些平带的出现和消失。同时，他们还发现某些摩尔纹平带在宽带偏移范围内保持稳定。
这些平坦带的稳健性揭示了一个秘密：制作非凡的摩尔纹超晶格并不需要细致的晶格控制，但却能通过调整带偏移来调整摩尔纹平坦带的共振频率。为了证明这种能力，研究人员系统地研究了有限尺寸摩尔纹超晶格中源自两组强健平带的局部模式，证实了高质量双共振摩尔纹超晶格的可行性。
为了阐明稳健平带形成背后的机理，作者基于耦合模式理论，结合莫尔雷超晶格的结构特征，提出了一个简单而有效的图解模型。该模型揭示了这些平带形成的异同。为了进一步证实这一点，作者将全波计算纳入了图解模型，并成功预测了这些强平带的场分布。
这一进展为摩尔纹物理学的未知道路开辟了新的前景：通过调整参数空间中的频带偏移来控制摩尔纹平带是一种优雅而简单的方法，它是打开非三维超晶格和揭开平带出现和消失之谜的关键。有了这些平带的频率，一个多谐振和高质量摩尔纹超晶格的领域就出现了。
不仅如此，图解模型不仅仅是一种工具，它还是一扇窗口，让我们可以了解不同摩尔纹超晶格中平带形成的世界。这项研究有望激发未来对创新摩尔纹器件和摩尔纹物理学迷人领域的探索。
参考资料
Peilong Hong et al, Robust moiré flatbands within a broad band-offset range, Advanced Photonics Nexus (2023). DOI: 10.1117/1.APN.2.6.066001
