編輯總結(jié)
莫爾物理為探索和利用電子及波動(dòng)現(xiàn)象提供了一個(gè)有前景的研究方向。本研究在流體動(dòng)力學(xué)超材料中構(gòu)造了周期性渦旋，并通過疊加和扭轉(zhuǎn)兩層這樣的渦旋流體，創(chuàng)建了雙層莫爾超晶格。在每一層流體中，固定位置的流體動(dòng)力學(xué)渦旋充當(dāng)了晶格點(diǎn)。作者通過觀察這些莫爾超晶格的特征溫度場，實(shí)驗(yàn)可視化了它們，并注意到物理量傳輸中顯著的去局域化和局域化現(xiàn)象。這些觀察結(jié)果展示了如何在流體動(dòng)力學(xué)超材料中構(gòu)造莫爾平帶。——Brent Grocholski
科學(xué)背景
莫爾物理學(xué)是探索和利用電子及波動(dòng)現(xiàn)象的重要研究方向，尤其在固態(tài)物質(zhì)研究中具有廣泛應(yīng)用。光子晶體通過其結(jié)構(gòu)周期性保證了晶體的有效能帶結(jié)構(gòu)，從而成為拓?fù)湮锢砗湍獱栁锢淼闹匾A(chǔ)。相比傳統(tǒng)材料，莫爾系統(tǒng)具有能夠在復(fù)雜環(huán)境下穩(wěn)定其拓?fù)湎嗟膬?yōu)勢，并且在量子相變、超導(dǎo)性、激子及相關(guān)電子行為的研究中展現(xiàn)了巨大的潛力。然而，流體由于剪切模量接近零，難以形成像晶體那樣的空間周期性結(jié)構(gòu)，因此難以實(shí)現(xiàn)流體的莫爾圖案和能帶結(jié)構(gòu)，這一問題一直是流體動(dòng)力學(xué)研究中的挑戰(zhàn)。盡管如此，一些開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)通過機(jī)械振動(dòng)施加到流體界面上，成功構(gòu)建了流體動(dòng)力學(xué)自旋晶格，但仍面臨界面不均勻和振蕩導(dǎo)致的局限性。有鑒于此，新加坡國立大學(xué)仇成偉教授（通訊作者）和許國強(qiáng)博士（第一作者），重慶工商大學(xué)周雪副教授（共同第一作者）等人合作在Science期刊上發(fā)表了題為“Hydrodynamic moiré superlattice”的最新論文。文章設(shè)計(jì)并制備了雙層流體動(dòng)力學(xué)超材料，通過洛倫茲力驅(qū)動(dòng)，在自由流體表面形成了周期性渦旋并進(jìn)一步構(gòu)造了其周期性排列。利用這一策略，團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了流體中的莫爾超晶格，并在其中觀察到有效的平帶現(xiàn)象。通過精確調(diào)控疊加兩層流體動(dòng)力學(xué)層，該團(tuán)隊(duì)成功獲得了流體中的局域化現(xiàn)象，展示了與固態(tài)莫爾系統(tǒng)類似的物理特性。實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過觀察形狀為莫爾圖案的溫度場，顯著提高了物理量傳輸?shù)娜ゾ钟蚧c局域化效果，驗(yàn)證了流體動(dòng)力學(xué)超材料中平帶的形成。這一發(fā)現(xiàn)不僅為流體中能量傳輸、質(zhì)量運(yùn)輸和粒子導(dǎo)航等領(lǐng)域提供了新的思路，同時(shí)也開辟了流體動(dòng)力學(xué)中莫爾物理的研究新途徑，為相關(guān)物理現(xiàn)象的進(jìn)一步探索提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
研究亮點(diǎn)
實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過在自由流體表面設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)渦旋并構(gòu)造其周期性排列，首次實(shí)現(xiàn)了流體動(dòng)力學(xué)中的莫爾超晶格。這一創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)克服了流體中剪切模量為零、缺乏空間周期性等限制，將固定位置的流體渦旋作為晶格點(diǎn)，成功構(gòu)建了具有平帶特性的雙層莫爾超材料結(jié)構(gòu)。 實(shí)驗(yàn)通過控制流體渦旋的疊加與扭曲角度，觀察到特定物理現(xiàn)象
圖文解讀
圖1：流體動(dòng)力學(xué)渦旋中的摩爾超晶格。圖2：由兩個(gè)堆疊的流體動(dòng)力學(xué)場創(chuàng)建的摩爾超晶格。
結(jié)論展望
本文通過研究液態(tài)旋渦產(chǎn)生的水動(dòng)力學(xué)莫爾超晶格，揭示了物理量在界面流動(dòng)中的局域化到去局域化轉(zhuǎn)變規(guī)律，為調(diào)控傳輸過程提供了新思路。研究表明，通過調(diào)節(jié)旋渦強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)角度，可以在莫爾超晶格中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)晶格和扁平能帶，模擬量子行為（如拓?fù)湫浴?qiáng)耦合和鐵磁性等）。特別是在不同的扭曲角下，局域化與去局域化行為的調(diào)控展現(xiàn)出莫爾物理在宏觀流體領(lǐng)域的潛力。本文還提出了一種通過調(diào)整液體動(dòng)力學(xué)超晶格來操控界面?zhèn)鬏斶^程的通用策略，這不僅為理解界面流動(dòng)中的能量與物質(zhì)傳遞提供了新視角，還為微流控、質(zhì)量傳輸及相關(guān)物理、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。此外，研究的單層策略可以結(jié)合光子學(xué)設(shè)計(jì)理念，通過不規(guī)則幾何電極等技術(shù)進(jìn)一步拓展莫爾超晶格的功能應(yīng)用。 Guoqiang Xu?, Xue Zhou?, Weijin Chen, Guangwei Hu, Zhiyuan Yan, Zhipeng Li, Shuihua Yang, Cheng-Wei Qiu*,?Hydrodynamic moiré superlattice, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2329
