Magic-angle lasers in nanostructured moiré superlattice

激光器 超晶格 光子学 光电子学 材料科学 生物光子学 石墨烯 超材料 光学 光子晶体 物理 纳米技术
作者
Xinrui Mao,Zengkai Shao,Hong-Yi Luan,Shaolei Wang,Ren‐Min Ma
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:16 (10): 1099-1105 被引量:132
标识
DOI:10.1038/s41565-021-00956-7
摘要

Conventional laser cavities require discontinuity of material property or disorder to localize a light field for feedback. Recently, an emerging class of materials, twisted van der Waals materials, have been explored for applications in electronics and photonics. Here we propose and develop magic-angle lasers, where the localization is realized in periodic twisted photonic graphene superlattices. We reveal that the confinement mechanism of magic-angle lasers does not rely on a full bandgap but on the mode coupling between two twisted layers of photonic graphene lattice. Without any fine-tuning in structure parameters, a simple twist can result in nanocavities with strong field confinement and a high quality factor. Furthermore, the emissions of magic-angle lasers allow direct imaging of the wavefunctions of magic-angle states. Our work provides a robust platform to construct high-quality nanocavities for nanolasers, nano light-emitting diodes, nonlinear optics and cavity quantum electrodynamics at the nanoscale. Twisted photonic graphene superlattices enable the realization of high-performance room-temperature magic-angle lasers.
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