本网讯 近日，中南大学物理学院刘艳平、何军教授与澳大利亚悉尼大学刘宗文教授合作，在国际纳米权威期刊《纳米快报》(Nano Letters)上发表了题为“扭转 MoS₂ 莫尔准晶中压力增强的层间耦合与杂化激子特性(Pressure-Enhanced Interlayer Coupling and Hybridized Excitons in Twisted MoS2 Moiré Quasicrystals)”的研究论文。该成果标志着在DAC高压物理调控领域取得了重要进展。中南大学物理学院为该项研究的第一完成单位，博士研究生谢兴为论文第一作者，刘艳平教授为通讯作者。

扭转 MoS₂莫尔准晶中压力增强的层间耦合与杂化激子的特性

在范德华材料中引入扭转角会产生周期性的干涉图案，即莫尔图案(moiré pattern)，该结构能够深刻影响材料的电子、光学和振动性质。这些由扭转诱导的莫尔超晶格催生了诸多单层材料中不存在的新奇物理现象，如强关联电子态、拓扑相、超导性及电子平带结构，激发了凝聚态物理与材料科学领域的广泛研究兴趣。当扭转角达到30°时，材料的平移对称性被完全破坏，仅保留十二重旋转对称性，形成一种特殊的非周期性结构，称为“莫尔准晶(moiré quasicrystal)”。与周期性莫尔晶体不同，莫尔准晶缺乏晶格周期性，因而展现出独特且复杂的电子与光学特性。此前已有研究在石墨烯和过渡金属二硫化物(TMDs)体系的莫尔准晶中，通过Umklapp散射观测到十二重电子衍射图样，这一现象揭示了电子自由度与谷自由度之间的耦合关系。在这类体系中，层间耦合效应至关重要，而有效调控层间耦合被认为是掌控莫尔准晶物性的一条关键路径。近年来，高压技术作为一种有效手段，在调控范德华材料的层间耦合、电子结构以及莫尔势能方面展现出巨大潜力。例如，在非魔角扭转双层石墨烯中，外加压力能够显著压缩层间距离，使能带结构趋于平坦，诱导出强关联电子行为；而在扭转TMD异质双层中，压力则显著增强了莫尔声子的拉曼信号，揭示其在调控微观声子–电子结构方面的优势。然而，目前对于高压在莫尔准晶中的调控作用尚缺乏系统研究。

为填补这一空白，研究团队创新性地采用金刚石对顶砧(DAC)高压技术，系统探索了30°扭转MoS₂莫尔准晶的高压光学响应特性。实验发现，该莫尔准晶中的莫尔声子模位于本征A₁g(面外振动)模之上，并在增压过程中表现出明显的非线性红移。随着压力的升高，莫尔势场逐步增强，导致莫尔声子与A₁g模的频率差逐渐增大，并在5 GPa以上形成稳定的频率间隙。此外，通过对比温度与压力效应，研究表明高压在调控莫尔声子行为方面更加高效。更为引人注目的是，增强的层间耦合还引发了莫尔准晶中主激子峰能量的非单调变化。研究进一步指出，这一现象源于片内激子与杂化层间激子之间的相互混合。结合第一性原理计算的声子谱与能带结构，研究揭示了莫尔声子与激子在高压下的响应机制与耦合行为。

本研究不仅首次系统揭示了高压对莫尔准晶振动与激子性质的调控效应，也为探索非周期范德华结构中的新奇物理现象提供了有力工具。结果为未来构建基于莫尔准晶的新型光电子器件及强关联体系奠定了重要基础，进一步推动了二维异质结构物性调控的研究前沿。

“低维物理与量子器件”是中南大学物理学院量子物理研究所的特色研究方向之一，也是“十四五”规划重点发展支持方向。这一成果是刘艳平教授继Chem Soc Rev、Nature Communication、Advanced Materials、Light: Science & Applications、Nano Letters等国际顶级学术期刊上发表的又一重要研究成果，极大的推动了低维物理与量子器件领域的研究进展。

据悉，该研究得到了国家自然科学基金面上项目、湖南省自然科学基金杰出青年项目、湖南省重点研发项目、湖南省芙蓉学者特聘教授基金、中南大学创新驱动青年团队项目、中南大学高性能复杂制造国家重点实验室自主研究课题、澳大利亚ARC Discovery等多个项目的支持，并得到了中南大学高性能计算公共平台在材料结构计算等方面的有力支持。

（一审：高源鑫 二审：李丹妮 三审：李殷）