莫爾超晶格是由兩個相同的周期晶格在一定轉角下疊加而成。在電子學領域，扭曲的二維材料，如石墨烯，能通過轉動莫爾角調整層間耦合及電子能帶結構，從而實現不尋常的超導等效應。在光子學領域，具有莫爾超晶格的微納光子結構也在高品質因子獲取、虹彩效應、熱傳遞調控和自發輻射增強等領域嶄露頭角。
元激發作為一種基礎的物態現象，其研究具有重要的科學意義。長期以來，物理學家一直在努力尋求不同物態元激發的產生和操控方法。近年來，新材料的發現和微納加工技術的發展進一步推動了元激發物理領域的發展，各類孤立體系種的元激發，如等離激元、激子、磁子和聲子極化激元等已被關注；各類復合體系中元激發之間的強耦合效應的研究也悄然興起。然而，目前學界還缺乏對莫爾超晶格體系中等離激元與聲子等莫爾型元激發的研究，至于在莫爾超晶格體系中對復合元激發的強耦合現象的研究則更為鮮有。
圖1. 莫爾超晶格實現等離激元-聲子耦合
針對莫爾超晶格體系中復合元激發的產生和調控這一關鍵科學問題，精密光譜實驗室朱曉龍研究員課題組開展了相關研究。通過在懸空的二氧化硅（SiO2）薄膜上設計、制造金屬莫爾超晶格結構，激發超晶格中的莫爾等離激元，實現了新型金屬莫爾等離激元與懸空襯底的聲子極化激元之間的耦合。此項工作利用經典與量子模型進行理論計算的結果與數值模擬和實驗測量結果均表明，莫爾超晶格微納光子結構體系能通過改變莫爾角度這一新的自由度實現對電磁現象和光子物態的精密調控。本工作通過精確調控莫爾角度，最終實現了金屬莫爾等離激元與二氧化硅聲子極化激元之間的強耦合效應。
圖2. 通過調控莫爾角度實現等離激元-聲子強耦合效應
該研究成果以“Strong Coupling between Moiré-type Plasmons and Phonons in Suspended Monolayer Metallic Twisted superlattices”為題，于2024年11月20日在線發表于Nano Letters。華東師范大學為唯一完成單位，朱曉龍課題組博士研究生游斌為論文的第一作者，朱曉龍研究員為論文通訊作者。研究工作獲國家自然科學基金等支持。精密光譜國重實驗室袁翔教授課題組在本工作中的紅外光譜測量方面提供了幫助。
圖3. Nano Letters刊發華東師大朱曉龍課題組最新研究成果
附：
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04841
來源｜精密光譜實驗室、科技處 編輯｜蔣萱 編審｜郭文君
