1. 双曲到椭偏的等离子极化激元
来自新加坡国立大学和纽约城市大学的团队发现，将石墨烯纳米光栅阵列叠成两层，再加旋转，可以形成带有转角的莫尔双曲超表面。在这种超表面体系中，可以实现将等离子极化激元的拓扑性质的变化，这种变化来自转角引起的层间耦合，其拓扑性质可以简单地有转角和超表面的张角决定。假设该单个超材料的开角为β， 当转角Δθ<|180-2β|时候，系统表现为双曲型；当δθ>|180-2β|，系统表现为椭圆型，由此产生了转角控制的双曲到椭圆型的拓扑变换。在这种临界角，等离子极化激元的能带会变平，类比于双层石墨的能带变平，作者定义为“光学魔角”。这种光学平带能够产生无衍射光学传播。该工作为在光学及超材料和超表面等平台研究转角电子学提供了理论基础。
2. 双曲到椭偏的声子极化激元
6月11日在线的Nature文章报道，G. Hu等通过理论预测并在实验上证实了双层旋转范德瓦尔斯材料α -MoO3 体系，可以实现由转角控制的声子极化激元从双曲到椭圆能带间的拓扑变换。在这个变换角附近，光学能带变成平带，从而实现激元的直线无衍射传播。类比于双层旋转石墨烯中的电子在费米面的平带，作者因此将这一转角命名为光学魔角。这是第一次在实验上实现光学魔角。作者在这里进一步指出，随着转角的增加，极化激元的光学能带从双曲向椭圆发生变化。在接近魔角时，能带逐渐扁平化，直至平带。这种开口或闭合的能带面由上下两层双曲能带间的交点（number of anti-crossing point, NACP）决定， 当NACP=4，类似椭圆为闭合的；当NACP=2，类似双曲是开口的。因此，由简单的几何关系可以得到，拓扑转换由单层的双曲开角（β）决定，发生在光学魔角（180°-2|β|）附近。作者通过散射型近场光学显微镜（s-SNOM）对双层α -MoO3 旋转体系进行扫描测试，实验上获得了对光学魔角的测量以及验证，同时证明了光学魔角附近的光学平带。这一重要发现奠定了“转角光子学”的基础，为光学能带调制、热传导与辐射、纳米光精确操控和超低损耗量子光学开辟了新的途径，同时也衍生出 “转角极化激元”这一重要分支研究方向。
3. 扭转调控近场辐射换热
双层扭转二维材料也为热辐射的调控提供了新的思路。Xiaohu Wu等人最近
研究了双层旋转范德瓦尔斯材料α -MoO3之间的近场辐射换热，研究表明，双层材料之间相对扭转角度可以对辐射换热量实现动态调控。
只有体态声子极化激元激发时，假设声子极化激元激发的方位角范围为β，如果β小于90度，相对旋转角度从0度变为90度过程中，辐射换热量会单调减少。
当体态声子极化激元和表面声子极化激元同时激发时，相对旋转并不能显著调控辐射换热量。这是因为体态声子极化激元和表面声子极化激元的激发占据了整个平面，并且他们可以相互耦合。
因此，为了增强相对旋转角度对近场辐射换热的高效调控，有必要调节材料的厚度，使得体态声子极化激元和表面声子极化激元被选择性激发。
文章来源： 热辐射与微纳米光子学
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