ナノスケール材料：ねじれた2層α-MoO₃におけるトポロジカルポラリトンと光子魔法角

ねじれた二次元2層材料は、多くのエキゾチックな電子現象を示す。2層間の「ねじれ角」の操作によって電子バンド構造の細かな制御が可能になり、魔法角フラットバンド超伝導、モアレ励起子の形成、層間磁性が生じる。しかし光子に関しては、そうした概念の実証は限られている。今回我々は、類似の原理と極端な異方性を組み合せることで、2層のファンデルワールス材料におけるフォノンポラリトンの光子分散の制御と操作がどのようにして可能になるかを示す。我々は、2層のα相三酸化モリブデン（α-MoO₃）において、層間の回転が光子の魔法ねじれ角のときに生じる、開いた（双曲線の）分散等高線から閉じた（楕円の）分散等高線への調整可能なトポロジカル転移を実験的に観測した。こうした転移は、ポラリトンの混成によって誘起され、トポロジカル量によって制御される。この2層の分散は転移点でフラットになり、低損失で調整可能なポラリトンキャナライゼーション（canalization）と、分解能がλ₀/40以下（λ₀は自由空間波長）の回折のない伝播を示す。今回の知見は、ツイストロニクスとモアレ物理学をナノフォトニクスやポラリトニクスへと拡張するもので、ナノイメージング、ナノスケール光伝播、エネルギー移動、量子物理学に応用できる可能性がある。

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