使用“ Magic Angle” Twistronics以极端的方式操纵光流

（单击图像可查看全图。）当两层三氧化钼按光子“魔角”排列时，双层三氧化钼支持纳米光的高度准直，定向和无衍射传播。

2D材料的“扭曲”层在“魔术”旋转角度下产生光子拓扑转换。

莫纳什（Monash）研究人员是一项国际合作的一部分，该合作中运用了“ twistronics”概念（对2D材料进行分层和扭曲以控制其电特性的科学），以极端的方式操纵光的流动。

这项发现今天发表在《自然》杂志上，它有望在包括纳米成像设备在内的各种光驱技术中取得跨越式发展。高速，低能耗的光学计算机；和生物传感器。

这是Moire物理和扭转旋光技术在基于光的技术，光子学和极化电子学中的首次应用，为极端的光子色散工程和2D材料上极化子的鲁棒控制提供了独特的机会。

将Twistronics应用于光子

该团队从最近发现的超导电性中汲取了灵感，该超导电性是在一对堆叠的石墨烯层中旋转的，其旋转角度为1.1度的“魔术扭曲角”。

在这种堆叠的，未对准的配置中，电子没有电阻流动，而分别地，两个石墨烯层中的每一个都没有表现出特殊的电性能。

这一发现表明，仔细控制旋转对称性可以揭示出意料之外的材料响应。

扭曲双α层（tBL）-MoO3。

该研究团队由纽约市立大学研究生中心高级科学研究中心的安德里亚·阿鲁（AndreaAlù）领导，新加坡国立大学的丘成伟和原莫纳什大学的乔巧良领导。

该团队发现，可以将一种相似的原理以非常不寻常的方式应用于操纵光。在两个三氧化钼超薄层之间的特定旋转角度下，研究人员能够防止光学衍射，并能够在紧密聚焦的光束中以所需的波长强大地传播光。

通常，从放置在平面上的小发射器发出的光会像圆石掉入池塘中所激发的波一样，以圆形扩展。在他们的实验中，研究人员将两片三氧化钼堆叠在一起，并使其中一层相对于另一层旋转。当材料被微小的光发射器激发时，随着旋转角度的变化，它们在表面上观察到了可控制的广泛的光波。特别是，他们表明，在光子的“魔术扭曲角”下，conpd双层支持在宽波长范围内紧密聚焦的通道光束中的稳健，无衍射的光传播。

“虽然光子-光的量子-与电子具有非常不同的物理特性，但我们对新发现的旋子学感到好奇，并一直想知道扭曲的二维材料是否也可以为光子提供不寻常的传输特性，从而使光子受益技术”，AndreaAlù说。

欧庆东博士（莫纳什大学）在墨尔本纳米加工中心（MCN）拥有s-SNOM设施。

为了揭露这种现象，我们使用了三氧化钼薄层。通过将两个这样的层堆叠在一起并控制它们的相对旋转，我们已经观察到了对光导特性的戏剧性控制。在光子魔术角处，光不会发生衍射，而是沿直线非常狭窄地传播。这是纳米科学和光子技术的理想功能。

“我们的实验远远超出了我们的期望，”领导莫纳什大学研究的实验部分的欧庆东博士说。“通过“扭曲”堆叠两片天然2D材料的薄板，我们可以以高度准直的方式控制红外光的传播，这尤其令人着迷。

新加坡国立大学研究生胡光伟说：“我们的研究表明，用于光子的扭转子能为基于光的技术带来真正令人兴奋的机遇，我们很高兴继续探索这些机遇。”

“根据我们在2018年《自然》杂志上发表的先前发现，我们发现像-MoO3和V2O5α这样的双轴范德华半导体代表了支持异源极化行为的新兴材料家族，” A /教授Qiaoliang Bao表示，“这些天然诞生的双曲线材料提供了前所未有的平台用于控制纳米级的能量流。”

石墨烯中Twistronics和魔角的发展

新加坡国立大学教授（兼FLEET合作伙伴研究人员）Antonio Castro Neto于2007年首先预测了“错位”石墨烯片中的新电子性质，而FLEET PI（德克萨斯大学奥斯汀分校）则将1.1度的“魔角”理论化了） 在2011年。

Pablo Jarillo-Herrero（MIT）在2018年通过实验证明了扭曲石墨烯中的超导性。

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参考：胡光伟，欧庆东，欧光远，吴应杰，α吴静，戴志高，亚历克斯·克拉斯诺克，雅顿·马佐尔，张庆，包巧良，邱成伟的“扭曲的MoO3双层中的拓扑极化子和光子魔术角”和AndreaAlù，2020年6月11日，自然
。DOI：10.1038 / s41586-020-2359-9

除了获得澳大利亚研究委员会的支持外，美国空军科学研究所，范内瓦尔·布什奖学金，海军研究办公室和国家科学基金会，以及新加坡科学技术和研究局（A * STAR），以及中国国家自然科学基金。

莫纳什大学（材料科学与工程系）对2D材料进行了分层和扭曲处理，而澳大利亚墨尔本国家纳米制造中心（ANFF）的维多利亚纳米中心（MCN）则观察到了拓扑极化子并对其进行了表征。 。

FLEET的光子学

实验物理学家欧庆东博士是一名研究员，目前与莫纳什大学的迈克尔·富勒尔教授合作，研究FLEET的支持技术B中基于2D材料的纳米器件制造。

庆东致力于使光与物质相互作用中的能量损失最小化，以实现基于2D材料的光子和光电器件的超低能耗。他还使用FLEET研究主题2中的近场光学纳米成像技术研究了2D材料中的高限制低损耗极化子。

FLEET是澳大利亚研究委员会卓越中心，致力于开发新一代超低能耗电子产品。