莫尔超晶格是由两个相同的周期晶格在一定转角下叠加而成。在电子学领域，扭曲的二维材料，如石墨烯，能通过转动莫尔角调整层间耦合及电子能带结构，从而实现不寻常的超导等效应。在光子学领域，具有莫尔超晶格的微纳光子结构也在高品质因子获取、虹彩效应、热传递调控和自发辐射增强等领域崭露头角。
元激发作为一种基础的物态现象，其研究具有重要的科学意义。长期以来，物理学家一直在努力寻求不同物态元激发的产生和操控方法。近年来，新材料的发现和微纳加工技术的发展进一步推动了元激发物理领域的发展，各类孤立体系种的元激发，如等离激元、激子、磁子和声子极化激元等已被关注；各类复合体系中元激发之间的强耦合效应的研究也悄然兴起。然而，目前学界还缺乏对莫尔超晶格体系中等离激元与声子等莫尔型元激发的研究，至于在莫尔超晶格体系中对复合元激发的强耦合现象的研究则更为鲜有。
图1. 莫尔超晶格实现等离激元-声子耦合
针对莫尔超晶格体系中复合元激发的产生和调控这一关键科学问题，精密光谱实验室朱晓龙研究员课题组开展了相关研究。通过在悬空的二氧化硅（SiO2）薄膜上设计、制造金属莫尔超晶格结构，激发超晶格中的莫尔等离激元，实现了新型金属莫尔等离激元与悬空衬底的声子极化激元之间的耦合。此项工作利用经典与量子模型进行理论计算的结果与数值模拟和实验测量结果均表明，莫尔超晶格微纳光子结构体系能通过改变莫尔角度这一新的自由度实现对电磁现象和光子物态的精密调控。本工作通过精确调控莫尔角度，最终实现了金属莫尔等离激元与二氧化硅声子极化激元之间的强耦合效应。
图2. 通过调控莫尔角度实现等离激元-声子强耦合效应
该研究成果以“Strong Coupling between Moiré-type Plasmons and Phonons in Suspended Monolayer Metallic Twisted superlattices”为题，于2024年11月20日在线发表于Nano Letters。香港118现场直播站为唯一完成单位，朱晓龙课题组博士研究生游斌为论文的第一作者，朱晓龙研究员为论文通讯作者。研究工作获国家自然科学基金等支持。精密光谱国重实验室袁翔教授课题组在本工作中的红外光谱测量方面提供了帮助。
图3. Nano Letters刊发华东师大朱晓龙课题组最新研究成果
附：
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04841
来源｜精密光谱实验室、科技处 编辑｜蒋萱 编审｜郭文君
