Science 综述| 莫尔光子学和光电子学

　　近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心杜罗军特聘研究员、张广宇研究员、黄智恒博士、美国加州大学伯克利分校王枫教授和芬兰阿尔托大学孙志培教授等应邀在学术期刊Science上发表题为“Moiré photonics and optoelectronics”的综述文章。该文章系统总结了莫尔光子学和光电子学最新进展，比如莫尔激子、莫尔极化子、莫尔激光、量子光源、对称性破缺光电子学等，同时也展望了相关研究领域未来需要解决的挑战、可能的研究方向及应用前景。

　　莫尔超晶格是一个新兴的人工量子系统，为能带调控、光和物质相互作用，以及全新的物理现象和器件架构提供了广泛的可能。例如，莫尔超晶格中形成的平带可极大增强电子关联相互作用，导致众多新奇的拓扑和关联电子态：莫特绝缘态、铁电序、魏格纳晶态、非常规超导和轨道磁性等。

　　莫尔超晶格与光相互作用为各种引人入胜的光子学和光电子学的发展注入了众多机遇。2019年初，国际上四个课题组分别独立在Nature上发表文章，从实空间和动量空间的角度分别阐明了莫尔超晶格对激子的影响，并激发了科学工作者对莫尔光子学和光电子学的巨大兴趣。在过去不到5年的时间里，人们以前所未有的速度见证了丰富多彩的莫尔光子学和光电子学特性，包括莫尔集体激发、莫尔极化子、莫尔关联电子态相关的光子学、强中红外响应、可调非线性体光伏效应、片上智能红外传感等。

　　莫尔超晶格为光与物质相互作用、光子学和光电子学提供全新量子维度，将为未来技术应用奠定科学基础。中国科学院物理研究所杜罗军特聘研究员、张广宇研究员与国际合作者系统性地总结了莫尔光子学和光电子学最近进展。文章首先讨论了莫尔超晶格的制备和可视化表征方法，然后重点阐述了莫尔超晶格所带来的新奇光子学 (如莫尔束缚的零维激子、共振杂化激子、量子光源、大量子非线性的莫尔极化子)，以及光电子学 (如中红外光探测、单光子探测、对称性破缺光电子学)，并对莫尔光子学和光电子学领域在未来需要解决的挑战和可能的研究方向做出展望。

　　该文指出，最近令人眼花缭乱的一系列成果表明，目前我们还只看到莫尔光子学和光电子学的冰山一角，未来还会有更多的惊喜出现。莫尔光子学和光电子学时代即将开启。

　　该工作得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划、中科院B类先导专项、广东省重点领域研发计划、欧盟ERC、欧盟地平线2020研究和创新计划等的资助。

　　原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg0014


图1. 莫尔光子学和光电子学