北京大學(xué)物理學(xué)院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所、納光電子前沿科學(xué)中心、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬仁敏教授課題組成功實(shí)現(xiàn)了莫爾相干納米激光陣列，突破了納米激光僅能實(shí)現(xiàn)單個(gè)或固定陣列相干激射的限制，展示了納米激光能夠以“P”“K”“U”和“中”“國”等圖形生成可重構(gòu)的陣列化相干激射。研究成果以《相位同步可重構(gòu)莫爾納米激光陣列》（“Reconfigurable moiré nanolaser arrays with phase synchronization”）為題，于北京時(shí)間2023年12月14日在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表。《自然》同期刊發(fā)了以《轉(zhuǎn)角系統(tǒng)使納米激光共同閃耀》（“Twisted system makes nanolasers shine together”）為題的專題評述文章，認(rèn)為該工作“為探索更小、更智能、更強(qiáng)大的激光光源開辟了道路”（“open an avenue for exploring smaller, smarter and more powerful laser sources”）。

半導(dǎo)體激光因體積小、能耗低、速度快等特性成為了現(xiàn)代信息技術(shù)的基石。近年來，可將光場極端局域化于分子尺度的納米激光為新一代信息技術(shù)和研究強(qiáng)光場局域下的光與物質(zhì)相互作用帶來了新的機(jī)遇。納米激光研究的核心目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)的相控陣納米激光陣列。通過對各個(gè)納米激光進(jìn)行相位鎖定和控制，可獲得任意形狀的相干激射，從而開拓納米激光在激光雷達(dá)、激光顯示、相干計(jì)算和通信等領(lǐng)域的應(yīng)用。然而由于缺乏相應(yīng)的物理機(jī)制，目前已報(bào)道的納米激光器只能實(shí)現(xiàn)單個(gè)或固定陣列的相干激射。

馬仁敏課題組利用莫爾超晶格中平帶局域波函數(shù)可重構(gòu)的特性，實(shí)現(xiàn)了可重構(gòu)且相位可調(diào)諧的相控陣納米激光陣列。這項(xiàng)工作基于課題組之前提出的魔角納米激光原理與技術(shù)。2021年，馬仁敏課題組提出并實(shí)現(xiàn)了魔角納米激光，利用在單個(gè)莫爾原胞內(nèi)的平帶波函數(shù)局域化，實(shí)現(xiàn)了高性能的納米激光（Nature Nanotechnology 16，1099—1105，2021）。隨后，該課題組又運(yùn)用這一原理，成功構(gòu)建了硅基轉(zhuǎn)角納腔，其品質(zhì)因子超過1百萬（Fundamental Research 3，537—543，2023）。最新的研究工作取得了莫爾納米激光陣列的相位鎖定和控制，使其能夠生成任意形狀的陣列化相干激射（如圖1所示）。

圖1. 莫爾納米激光陣列以“中國”圖形生成陣列化相干激射示意圖