Photonische Metaflächen bieten eine neue Spielwiese für die Twistronik

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Quantenoptik, Spintronik und beugungsfreie Abbildung mit geringen Verlusten gehören zu den Technologien, die von kürzlich vorhergesagten Effekten in verdrillten photonischen Doppelschichtstrukturen profitieren könnten.

Die Arbeit inspiriert sich an einem aufkeimenden Forschungsgebiet der kondensierten Materie – der “Twistronik”, bei der das elektronische Verhalten durch Kontrolle der Verdrehung zwischen Schichten von 2D-Materialien dramatisch verändert werden kann.Als Pablo Jarillo-Herrero und seine Gruppe Beobachtungen von elektronischen Eigenschaften ankündigten, die zwischen supraleitenden und Mott-isolierenden Zuständen abgestimmt sind, gab es nicht nur unter den Forschern, die eng mit Graphen und 2-D-Materialien arbeiten, sondern auch auf vielen anderen Gebieten Aufregung.

Natürlich erwarteten nicht alle Forschungsgemeinschaften, in den von ihnen untersuchten Systemen assoziierte Phänomene zu finden.”Es gab keinen Grund zu glauben, dass dies bei der Photonik passieren würde – die Effekte stammen von korrelierten Elektronen, und wir arbeiten stattdessen mit Photonen”, erklärt Andrea Alù, Einstein-Professorin an der City University of New York (CUNY).

Nichtsdestotrotz haben er und Kollegen von CUNY, der National University of Singapore, der Monash University und der University of Texas at Austin in einem kürzlich erschienenen Nano Letters-Papier über theoretische Vorhersagen von photonischen Verhaltensänderungen bei Verdrillung berichtet, die in vielerlei Hinsicht analog zu den Veränderungen im elektronischen Verhalten sind, die zuerst bei zweischichtigem Graphen beobachtet wurden.FlachbänderWenn Sie ein periodisches Gitter in Bezug auf ein anderes oben verdrehen, entstehen neue “Moiré”-Muster, die Ihre Augen schwindlig machen können.

In ähnlicher Weise erzeugt die Verdrehung einer Schicht eines wabenförmigen Graphen-Atomgitters gegenüber einer anderen ein Moiré-Übergitter mit verdrehungsabhängigen Eigenschaften.

Die periodischen Potentialfelder ändern sich mit dramatischen Auswirkungen darauf, wie sich Elektronen bewegen, was sich darauf auswirkt, wie sich die verfügbaren Energieniveaus oder -bänder mit dem Impuls des Elektrons ändern.

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Bei einem “magischen Winkel” von 1,1° – im Experiment unerträglich umständlich zu erreichen – flacht die Neigung vollständig ab, ein krasser Gegensatz zu der steilen Veränderung….

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