Lorsque deux réseaux présentant des angles ou des périodicités distincts se rejoignent, ils évoquent un super-réseau moiré, un domaine où des phénomènes étonnants comme la supraconductivité et les solitons optiques prennent vie. Au cœur de ce domaine se trouve la bande plate du moiré, un acteur clé dans la formation des interactions avancées lumière-matière, telles que l’émission laser et la génération de deuxième harmonique. Dans la physique du moiré et ses applications pertinentes, exercer le contrôle sur les bandes plates est un super pouvoir essentiel.
Les bandes plates moirées sont généralement générées avec des structures spéciales, souvent manipulées par une danse d’angles de rotation (angle magique) et d’espacements (distance magique) entre les deux couches de réseau. Récemment, une équipe de recherche collaborative de l’Université des sciences et technologies électroniques de Chine, de l’Université normale d’Anqing, de l’Université du Guangxi et de l’Université de Nankai a proposé une nouvelle façon de contrôler les bandes plates de moiré, en ajustant le décalage de bande de deux réseaux photoniques dans l’espace des paramètres.
Comme indiqué dans Nexus photonique avancé, l’équipe a découvert qu’en plus des bandes plates qui apparaissent et disparaissent lorsque le décalage de bande change, deux groupes robustes de bandes plates peuvent apparaître dans une large plage de décalage de bande. Leur existence stable facilite un contrôle strict des paramètres structurels pour obtenir un super-réseau non trivial, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités en photonique moirée. En modifiant les paramètres structurels, les fréquences de résonance de ces bandes plates robustes peuvent être ajustées, permettant la création de nouveaux dispositifs de moiré multirésonants.
Comment ont-ils réalisé cette percée ? Ils ont commencé avec un super-réseau moiré bicouche à base de silicium dépareillé et ont ajusté le décalage de la bande en faisant varier l’épaisseur d’une couche des super-réseaux. Ensuite, en calculant la structure des bandes du super-réseau à différents décalages de bande, ils ont observé que le décalage de bande contrôle efficacement les bandes plates de moiré, y compris l’apparition et la disparition de certaines bandes plates dans le super-réseau. Simultanément, ils ont constaté que certaines bandes plates de moiré restent stables dans une large plage de décalage de bande.
La robustesse de ces bandes plates révèle un secret : la création de super-réseaux de moiré extraordinaires ne nécessite pas de contrôle méticuleux du réseau, mais elle donne néanmoins le pouvoir d’ajuster les fréquences de résonance de la bande plate du moiré grâce à des ajustements de décalage de bande. Pour témoigner de cette puissance, les chercheurs ont systématiquement étudié les modes localisés provenant des deux groupes de bandes plates robustes dans des super-réseaux moirés de taille finie, confirmant ainsi la faisabilité de super-réseaux moirés doublement résonants de haute qualité.
Pour élucider le mécanisme derrière la formation robuste de bandes plates, les auteurs ont proposé un modèle schématique simple mais efficace basé sur la théorie des modes couplés, prenant en compte les caractéristiques structurelles des super-réseaux moirés. Le modèle a révélé les similitudes et les différences dans la formation de ces bandes plates. Pour une confirmation supplémentaire, les auteurs ont incorporé des calculs pleine onde dans le modèle schématique et ont prédit avec succès la distribution de champ de ces bandes plates robustes.
Cette avancée ouvre de nouveaux horizons pour des voies inexplorées en physique du moiré : contrôler les bandes plates du moiré en ajustant le décalage de bande dans l’espace des paramètres est une méthode simple et élégante qui détient la clé pour déverrouiller des super-réseaux non triviaux et percer les mystères de l’émergence et de la disparition des bandes plates. Avec les fréquences de ces bandes plates désormais sous notre contrôle, un royaume de super-réseaux moirés multi-résonants et de haute qualité émerge.
Mais ce n’est pas tout : le modèle schématique n’est pas seulement un outil ; c’est une fenêtre sur le monde de la formation de bandes plates à travers divers super-réseaux moirés. Cette recherche promet d’inspirer de futures explorations des dispositifs de moiré innovants et du domaine captivant de la physique du moiré.
Plus d’information:
Peilong Hong et al, Bandes plates moirées robustes dans une large plage de décalage de bande, Nexus photonique avancé (2023). DOI : 10.1117/1.APN.2.6.066001