莫尔条纹 是生存中常见的表象：当两层纱窗、织物或周期图案略微旋转或错位时，蓝本细腻的结构会酿成一个更大的逐渐变化图案。连年来，类似的“莫尔”念念想在二维量子材料中激发了无为情绪，举例魔角石墨烯中出现的平带、强关联电子态和超导表象。
那么，光子系统中能否也通过“扭转”来调控光？要是把两层光子晶体或超名义相互旋转，是否不错像调控电子能带同样调控光的传播、局域、辐射和非线性反应？
近期，麻省理工学院 Haoning Tang 团队，悉尼科技大学 Igor Aharonovich 团队和新加坡国立大学 Xueqi Ni 同学在 Optica发表综述著作 “ Moiré nanophotonics: from fundamental concepts to device engineering ”。 该文系统追想了莫尔纳米光子学的基本观念、物理机制、代表性器件阐明和将来挑战，要点盘问了扭转双层光子晶体和合并型莫尔光子晶体中，何如通过带折叠、层间杂化和干预调控光学迷你能带、局域态、辐射通谈和非线性光学反应。
综述指出，莫尔纳米光子学的中枢价值并不仅仅将凝华态物理中的“魔角”观念移植到光学中，而是提供了一种新的 几何可编程光子学平台 。通过调养扭转角、堆叠样貌和层间距，并吞个结构有望蚁合更正光学能带、局域态密度、辐射泄漏和动量转机通谈，从而罢了可调控的纳米光子器件。
小百科1：什么是“量子点超晶格”？
莫尔纳米光子学磋议的是：当两个周期性光学结构之间存在相对旋转、平移或周期失配时，系统中会出现一个比原始周期更大的有用超晶格。这个长周期结构会更正光的动量匹配要求和能带折叠样貌，从而产生新的光学形式。
在传统光子晶体中，光学性质主要由单一周期结构决定。而在莫尔光子晶体中，扭转角会引入新的莫尔波矢，将蓝本位于不同动量位置的光学形式折叠到更小的莫尔布里渊区中。多个形式在这里相见并发生耦合，酿成新的迷你能带、带隙和平带。
不错把传统光子晶体比作一张固定的曲谱，而莫尔光子晶体则像是把两张曲谱略微旋转叠在扫数。新的节奏和旋律来自两张曲谱之间的相对错位；更正扭转角，就不错得到不同的光学反应。
图1：扭转方形和六角晶格中的可公度莫尔超晶格构造
一、扭转何如更正光学能带？
在光子晶体中，周期结构会折叠光学能带，并翻开特定的辐射通谈。关于双层光子晶体，要是两层全都对皆，层间耦合会使蓝本简并的形式分歧成对称和反对称超模。
当两层结构发生相对扭转时，情况愈加丰富。两层的倒格矢不再重合，而是酿成新的莫尔波矢。这些莫尔波矢会把来自不同动量位置的光学形式折叠到并吞个莫尔布里渊区中，并通过层间耦合酿成新的迷你能带。
在六角晶格扭转双层光子晶体中，这照旧过类似于二维材料中的 Dirac 锥杂化。跟着扭转角减小，层间耦合相干于动能项变得更进击，光学能带不错显贵变窄，酿成类似平带的举止。平带意味着光的群速率缩短、局域态密度增强，因此成心于低阈值激光、强光物资相互作用和高效非线性经过。
图2：扭转双层光子晶体中的能带折叠与层间杂化机制
图3：一维和二维莫尔光子结构中两类色短工程战略：参数失配超晶格与扭转指点超晶格
二、莫尔局域：无谓传统颓势也能酿成光学腔
传统光子晶体纳米腔经常需要东谈主为引入一个颓势，小九直播举例去掉一个孔或更正局部孔径，从而把光局域在颓势隔壁。莫尔光子晶体提供了另一种念念路：通过扭转产生的长周期包络，光不错自觉局域在莫尔超晶格中的特定区域。
在好多双层光子晶体中，最强局域经常出当今 AA 堆叠区域，即两层结构局部最重合的位置。这里层间耦合最强，局域态密度最高，因此容易酿成强场增强和小形式体积。
这种莫尔腔有望同期衔尾传统颓势腔和 BIC 光子晶体 slab 的优点：一方面具有较雕悍向局域和小形式体积，另一方面又不错愚弄干预机制扼制垂直辐射，从而得到较高 Q 值。其特有之处在于，局域腔并不是单独加工出来的颓势，而是由莫尔能带重构当然产生的。
图4：莫尔光子腔与传统颓势腔、BIC 光子晶体板的局域形式对比
三、从莫尔激光到量子光源
莫尔光子晶体已经在低阈值激光和集体关系激光中深远出进击后劲。由于平带形式具有高局域态密度和低群速率，引入增益材料后，系统不错更容易达到激光阈值。同期，每个莫尔单胞都不错像一个局域腔，而扫数莫尔超晶格又能提供法例的关系耦合。
已有实验展示了魔角莫尔激光、集体关系莫尔激光和手性轨谈激光。举例，集体莫尔激光不错让大都莫尔单胞中的局域形式关系叠加，罢了可编程的实空间发光图案和窄发散角远场输出。
莫尔结构也不错用于调控量子发光体。与传统单个颓势腔不同，莫尔超晶格自然提供一系列可近似的局域热门，因此成心于与量子点、二维材料激子或 hBN 色心等发光体耦合。已有实验展示了莫尔腔中 Purcell 增强和辐射寿命调控，为可编程量子光源提供了新念念路。
图5：莫尔光子晶体激光、集体激光以及腔量子电能源学代表性阐明
四、非线性光学与光束整形
非线性光学是莫尔纳米光子学的另一个进击标的。莫尔平带和高 Q 局域态不错增强光场与材料的相互作用，从而普及谐波产生和频率转机扫尾。更进击的是，扭转引入的莫尔波矢提供了特殊的动量匹配通谈，使非线性信号的标的、偏振和波前不错通过几何结构进行调控。
在堆叠超名义和双层光子晶体中，层间扭转不仅会更正局域场漫步，也会更正非线性辐射的远场出射通谈。因此，莫尔结构不错用于操办二次谐波、频率转机和非线性光束整形经过。将来，若进一步衔尾高 Q 莫尔腔、二维非线性材料和量子光源，莫尔非线性光子学有望发展为高效、可编程的片上频率转机和波前调控平台。
五、可重构莫尔光子器件
莫尔光子学的一个重要发展标的，是从静态结构走向及时可重构器件。早期莫尔光子器件经常在加工时固定扭转角，因此每个器件只对应一个特定光学反应。比较之下，要是不详在并吞个器件中动态调养扭转角、相对平移或层间距，就不错蚁合更正能带、局域态密度、辐射泄漏和远场出射标的。
MEMS 等片上实行器为这一目标提供了进击旅途。通过微机电结构边界两层光子晶体之间的相对位置，莫尔光子器件有望从一次性加工的固定样品变成可调滤波器、可转向辐射器、可重构传感器和可编程纳米光子平台。这也将使莫尔光子学从基础物理演示进一步走向现实集成光子器件。
图6：扭转双层光子晶格的典型加工、转化、堆叠与 MEMS 可重构罢了决议小九直播