研究透视：Nature-魔角石墨烯，手性和等离激元

莫尔超晶格Moiré superlattices，已经在小旋转角扭曲双层石墨烯twisted bilayer graphene，TBLG中，观测到奇异的电子性质，如超导电性和强关联态。最近，这些发现，激发了对莫尔等离激元新性质的探索。尽管已经通过近场纳米成像技术，研究了扭曲双层石墨烯TBLG基面中的等离子体激元传播，但这些等离子体激元的一般电磁特性，仍然难以捉摸。

今日，南京大学 施毅Yi Shi，王肖沐Xiaomu Wang团队Tianye Huang，Xuecou Tu等，在Nature上发文，报道了在高度有序莫尔超晶格的宏观扭曲双层石墨烯TBLG中，直接观察到的两个新的等离子体激元模式。使用扭曲双层石墨烯TBLG的螺旋结构纳米带，确定了由于光泵浦下电子气的未补偿Berry通量而产生的手性等离子体激元特征。这些手征等离激元的显著特征，通过对光抽运强度和电子填充的依赖关系，以及与最大Berry通量光谱窗口相一致的明显共振分裂和法拉第旋转。

此外，还发现了0.4电子伏特附近的慢等离激元模式，该模式源于晶格弛豫AB堆叠畴中，嵌套子带之间的带间跃迁。这种模式，可能会在备受追捧的中波红外光谱窗口内，为强光-物质相互作用，提供机会。这一研究结果，揭示了小角度扭曲双层石墨烯TBLG的新电磁动力学，并举例说明了，有望成为独特的量子光学平台。

Observation of chiral and slow plasmons in twisted bilayer graphene.
扭曲双层石墨烯的手性和慢等离激元的观察。

图1：高度有序莫尔超晶格的扭曲双层石墨烯。

图2：扭曲双层石墨烯tBLG的手性等离子体激元模式。

图3：扭曲双层石墨烯tBLG，手性等离激元chiral Berry plasmons CBPs，Berry通量依赖性。

图4：手性等离激元chiral Berry plasmons，CBP无磁场法拉第效应。

图5：扭曲双层石墨烯tBLG慢等离子体激元模式。

该项研究，实验观察到了， Berry等离激元和慢等离激元。手性等离激元chiral Berry plasmons，CBP，可以用作光学监测Berry通量的实验探针，这是研究拓扑材料的一种非常有用的非侵入性方法。在实践中，可调谐CBP，还实现了许多纳米光子器件，如无磁场法拉第旋转器和单向波导。此外，中红外范围包含两个环境透明窗口。尽管石墨烯等离子体激元器件，已经在8–12μm范围内，得到了广泛的研究，但在3–5μm范围内的光-物质相互作用，总是受到基本阻尼和声子散射过程的影响。

此外，慢等离子体激元模式，为新的红外设备，提供一种新的方法，。展望未来，超越唯象理论的微观模型与纳米成像相结合，可能会加深目前的理解，并有助于探索扭曲双层石墨烯TBLG等离子体的其他纯粹内在性质。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04520-8

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-04520-8

本文译自Nature。