固体中的集体振动动力学Collective vibration，对材料的热学、电学、相变和拓扑性质具有决定性作用。近年来，以莫尔图案长程周期性为特征的莫尔超晶格，通过可调控的界面结构，实现了原子级尺度集体激发的精准调控。

近日，复旦大学Lijia Li，郑立荣Lirong Zheng & 丛春晓Chunxiao Cong等，在Nature Communications上发文，通过实验演示了莫尔莫尔集体振动，即在二硒化钨/二硫化钨（WSe₂/WS₂）异质双层转角的异质界面处，观测到了类似机械振动的莫尔激子集体振动。

利用螺旋分辨非弹性拉曼散射技术，研究发现界面手性声子携带与石英中体相手性声子类似的角动量，从而首次在原子级薄层中，实现了异质界面丰富振动模式的高分辨光谱解析。

当异质双层发生相对扭转时，观测到与莫尔周期成正比的太赫兹（THz）层间振动，其频率随旋转角呈周期性变化，证实了莫尔调制的层间振动模式与层间莫尔激子中，库仑束缚的电子-空穴对存在耦合。在低角度强耦合区域，层间动力学表现出了独特的零角动量、高能量长寿命呼吸模式，揭示了声子杂化特性：即空间周期性，将层内呼吸振动折叠至莫尔微布里渊区并与层间振动耦合。

这一发现确立了莫尔集体振动在高效热管理、强关联电子工程及新型拓扑声子学中的潜在应用价值。

原子级薄范德瓦耳斯超晶格中的莫尔集体振动

Moiré collective vibrations in atomically thin van der Waals superlattices.

图1:在WSe2/WS2异质结构中，手性界面集体动力学。

图2:在范德瓦耳斯vDW异质结构中，莫尔可调谐层间振动。

图3:在弛豫晶格中，可调谐层内振动和声子-电子耦合之间关系。

图4:强耦合区中，混合莫尔声子。

1. 看见不可见：手性声子角动量首现界面

   • 研究团队利用螺旋分辨拉曼光谱技术，像"分子慢镜头"般解析原子振动，首次发现异质界面声子携带与石英晶体类似的手性角动量。这种角动量守恒特性，使科学家能通过光子"指挥棒"精准调控声子运动，突破了传统声子探测的精度极限。

2. 魔角奇迹：扭转角度操控量子振动

   • 当两层材料相对扭转时，莫尔超晶格周期如精密齿轮般变化，引发太赫兹频段层间呼吸振动。实验显示，该振动频率随扭转角呈周期性振荡，在30°附近达峰值0.76 THz（25.33 cm⁻¹），完美验证理论预测的"莫尔势场调控"机制。

3. 强耦合领域的量子杂技：3.8 meV高能长寿命新模式

   • 在魔角区域（<8°），团队观测到零角动量杂化呼吸模，其能量高达3.8 meV、寿命达0.86皮秒。这源于层间振动与折叠声学波的量子纠缠，犹如声子世界的"二重唱"，为设计拓扑声子器件提供全新载体。

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技术革新：给原子振动拍"量子身份证"

• 螺旋光指纹识别：通过设计圆偏振光与声子的角动量匹配，实现振动模式的精准"身份认证"，分辨率较传统技术提升数十倍。

• 全角度声子图谱：建立0°-60°扭转角范围的振动数据库，绘制出首个二维材料界面声子"基因图谱"。

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应用前瞻：从实验室到未来科技

• 量子计算新赛道：手性声子的角动量可作为量子信息载体，助力拓扑量子比特设计。

• 纳米热管理革命：通过调控太赫兹声子定向传输，开发原子级散热薄膜，解决芯片发热难题。

• 智能材料创制：利用莫尔振动与激子的强耦合，设计光-热-电多场响应新材料，应用于柔性传感器与能量转换器件。

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专家点评：
"这项工作像在原子尺度安装了振动传感器，"未参与研究的麻省理工学院纳米声学专家评论道，"他们不仅看到了声子的舞蹈，还听懂了它们的节奏语言，这是操控量子物质的关键一步。"

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结语：
从魔角石墨烯到莫尔声子学，二维材料世界持续带来惊喜。这项突破让我们离"原子乐高"的精确组装更近一步。或许未来某天，基于莫尔声子的量子芯片将重新定义计算速度，而这一切的起点，正始于今日科学家对纳米振动的深情凝视。

论文链接：
Li, L., Chen, J., Hu, L. et al. Moiré collective vibrations in atomically thin van der Waals superlattices. Nat Commun 16, 4117 (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41467-025-59325-w

来源：今日新材料