近日，上海交大物理与天文学院叶芳伟教授受邀在美国物理学会官方网站Physics上发表了题为「Synthesizing New 3D Materials by Twisting」的评论文章（Viewpoint）。该评论针对最近发表在Physical Review Letters上一项关于莫尔晶格的研究工作展开。Viewpoint是领域内专家撰写的作为发表在美国物理学会期刊上论文的最高推荐形式，旨在向公众介绍物理学某个方向上激动人心的进展（Viewpoints are expert-written essays about papers that are considered exciting for a subfield of physics）。

当一个周期图案通过位移、旋转或轻微缩放与另一个相似图案叠加时，会产生大规模的干涉图案，人称「莫尔」图案。这一生活中的常见现象在近二十年来受到了物理学界的广泛关注，其中最著名的例子是转角石墨烯：两层石墨烯在转过某个相对的小角度后堆叠，不仅会在空间上形成莫尔图案，还会在物态上呈现出与单层石墨烯截然不同的性质，形成「1加1远远大于2」的神奇效果。以转角双层石墨烯为代表的莫尔双层材料在凝聚态物理学中被广泛研究，其应用也拓展到了光学、声学、力学等领域。

然而，受限于材料的制备方式，关于莫尔物理的研究主要集中于二维体系。在今日发表在Physical Review Letters上的一项研究工作[Physical Review Letters 133, 163401(2024)]中，来自我国同济大学、浙江师范大学、山西大学和清华大学的研究者首次提出了利用光晶格中的冷原子来实现三维莫尔晶格的具体方案。与二维莫尔晶格形成鲜明对比的是，三维莫尔晶格具有旋转的非阿贝尔性（不可交换性），即旋转晶格的旋转顺序显著地影响最终结构。因此，研究者发现可以从简单立方晶格中，产生更为丰富的晶格排列，从而相应地，得到更为多样化的材料属性。

叶芳伟教授在评论文章中认为，将两个三维晶格以相对旋转的方式重叠，为合成具有多样对称性、展示非平凡能带结构和新颖特性的晶体打开了新的大门，同时也为探索高维非阿贝尔物理提供了一个新的研究平台。「评论」还对莫尔物理的未来研究方向进行了展望。

近年来，叶芳伟课题组及其合作者在光学莫尔晶格方向上进行了系统和深入的研究：首次提出并制备了光子莫尔晶格，发现了莫尔晶格中的光局域规律（Nature 2020；Nat. Photon. 2024）；研究了莫尔晶格的非线性效应，发现了极低功率条件下的光孤子激发 [Nat. Photon. 2020; PRL 130, 083801(2023) ]；设计了动态莫尔晶格，实现了光束的拓扑运动（Nat. Comm. 2022; PNAS 2024），并发现了拓扑运动的分数化效应 [PRL 128, 154101(2022); PRL 129, 183901(2022)] 等一系列重要成果。学术成果被国内外多家学术媒体报道，如被英国物理学会Physics world两度专题报道等，取得了较强的影响力。

文章链接：

https://physics.aps.org/articles/v17/147

--上海交大物理与天文学院