當(dāng)你說話時，周圍的人都聽到了你的聲音，這是聲音（聲波）的擴(kuò)散現(xiàn)象；當(dāng)你丟一顆小石子到平靜的思源湖里，激起的漣漪會一圈一圈地蕩漾開來，這是水波的擴(kuò)散現(xiàn)象。實際上，各種波——不管是聲波、水波，還是電磁波、引力波、物質(zhì)波——總是傾向于向周圍擴(kuò)散（圖一）。因此，控制波的擴(kuò)散使其局域在某個有限的空間之內(nèi)是一個長期存在的重要科學(xué)問題。以光學(xué)中光波的局域為例，人們提出了各種各種的局域機(jī)制：基于光纖的全反射、基于光子晶體的能帶帶隙、基于隨機(jī)系統(tǒng)的安德森局域以及基于非線性光學(xué)材料的局域機(jī)制。最近，以光波的局域為例，物理與天文學(xué)院葉芳偉課題組與陳險峰課題組合作，率先發(fā)現(xiàn)并揭示了一種新的波包局域機(jī)制：基于莫爾晶格的極平帶結(jié)構(gòu)。該發(fā)現(xiàn)具有重要的物理意義和廣泛的適用性。 k0v&U@+-J  
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莫爾晶格在生活中經(jīng)�？梢姟�將兩個周期結(jié)構(gòu)重疊在一起、并且彼此之間轉(zhuǎn)過一定的角度，人們會在其上看到明暗相間的條紋，此即莫爾條紋。圖二是葉芳偉課題組的博士生王鵬利用兩把梳子展示的莫爾條紋，這可能是世界上最簡單的莫爾條紋。實際上，如果你留心觀察的話，你會看到莫爾條紋在藝術(shù)設(shè)計、紡織業(yè)、建筑學(xué)、圖像處理、測量學(xué)和干涉儀等方面都有一些獨特的應(yīng)用。 0@tN3u?dx  
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人們常說：“一加一大于二”，莫爾條紋很好地證實了這句話。從石墨中單獨取一層出來，就是大名鼎鼎的二維材料——石墨烯。研究石墨烯的科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，由兩層石墨烯堆疊而成的莫爾結(jié)構(gòu)在某個特定的轉(zhuǎn)角下，魔幻般地呈現(xiàn)出超導(dǎo)性：電流在其中流動時完全沒有損耗！這種超導(dǎo)性是單層石墨烯所完全不能想象的，莫爾晶格竟然會從根本上改變材料的性質(zhì)[見Nature 556, 43 (2018) ]！一石激起千層浪，人們接著研究了其他各種各樣的莫爾結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了莫爾晶格更多新奇獨特的物理性質(zhì)，并形成了一個專門的研究方向：twistronics（扭曲學(xué)）。 /Y`u4G()  
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然而，一個根本的科學(xué)問題——波在莫爾晶格中如何演化——卻一直懸而未決。 ]2 
 
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為此，研究人員利用光學(xué)誘導(dǎo)的辦法，將兩個周期晶格寫入到同一塊晶體中，得到了首個高度可調(diào)的光子莫爾晶格（圖三）。借助于該莫爾晶格的連續(xù)可調(diào)性，并通過大量的數(shù)值模擬和實驗證實，課題組發(fā)現(xiàn)了波包在莫爾晶格中的演化規(guī)律：隨著兩個周期晶格的相對權(quán)重和它們之間相對轉(zhuǎn)角的變化，波包在莫爾晶格中演化時，出現(xiàn)了波形散開（圖三，左）和局域（圖三，右）的急劇變化！ C0}@0c  
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讓人驚奇的事情在這里：光束能被莫爾晶格局域！為什么？通過嚴(yán)格的理論分析并輔助以大量的數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)在一般情況下（除非莫爾轉(zhuǎn)角剛好落在某些離散的特殊角上），莫爾晶格對應(yīng)的準(zhǔn)能帶結(jié)構(gòu)中各級能帶都是極平帶（extremely flat bands），因此光子在莫爾晶格里失去了動能，自然無法擴(kuò)散，只能局域！顯然，莫爾晶格中的局域和人們已知的其他環(huán)境下的局域在機(jī)制上完全不同，它代表了一種全新的局域方式。課題組還研究了其他形形色色的莫爾晶格，通過大量的測試，發(fā)現(xiàn)了光子在莫爾晶格中的局域以及特殊莫爾角下的散開其實是莫爾晶格的一種共性，廣泛存在著。 =k]2Ad  
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