編輯總結
莫爾物理為探索和利用電子及波動現象提供了一個有前景的研究方向。本研究在流體動力學超材料中構造了周期性渦旋，并通過疊加和扭轉兩層這樣的渦旋流體，創建了雙層莫爾超晶格。在每一層流體中，固定位置的流體動力學渦旋充當了晶格點。作者通過觀察這些莫爾超晶格的特征溫度場，實驗可視化了它們，并注意到物理量傳輸中顯著的去局域化和局域化現象。這些觀察結果展示了如何在流體動力學超材料中構造莫爾平帶。——Brent Grocholski
科學背景
莫爾物理學是探索和利用電子及波動現象的重要研究方向，尤其在固態物質研究中具有廣泛應用。光子晶體通過其結構周期性保證了晶體的有效能帶結構，從而成為拓撲物理和莫爾物理的重要基礎。相比傳統材料，莫爾系統具有能夠在復雜環境下穩定其拓撲相的優勢，并且在量子相變、超導性、激子及相關電子行為的研究中展現了巨大的潛力。然而，流體由于剪切模量接近零，難以形成像晶體那樣的空間周期性結構，因此難以實現流體的莫爾圖案和能帶結構，這一問題一直是流體動力學研究中的挑戰。盡管如此，一些開創性實驗通過機械振動施加到流體界面上，成功構建了流體動力學自旋晶格，但仍面臨界面不均勻和振蕩導致的局限性。有鑒于此，新加坡國立大學仇成偉教授（通訊作者）和許國強博士（第一作者），重慶工商大學周雪副教授（共同第一作者）等人合作在Science期刊上發表了題為“Hydrodynamic moiré superlattice”的最新論文。文章設計并制備了雙層流體動力學超材料，通過洛倫茲力驅動，在自由流體表面形成了周期性渦旋并進一步構造了其周期性排列。利用這一策略，團隊成功實現了流體中的莫爾超晶格，并在其中觀察到有效的平帶現象。通過精確調控疊加兩層流體動力學層，該團隊成功獲得了流體中的局域化現象，展示了與固態莫爾系統類似的物理特性。實驗中，研究人員通過觀察形狀為莫爾圖案的溫度場，顯著提高了物理量傳輸的去局域化與局域化效果，驗證了流體動力學超材料中平帶的形成。這一發現不僅為流體中能量傳輸、質量運輸和粒子導航等領域提供了新的思路，同時也開辟了流體動力學中莫爾物理的研究新途徑，為相關物理現象的進一步探索提供了理論和實驗依據。
研究亮點
實驗中，研究人員通過在自由流體表面設計動態渦旋并構造其周期性排列，首次實現了流體動力學中的莫爾超晶格。這一創新性實驗克服了流體中剪切模量為零、缺乏空間周期性等限制，將固定位置的流體渦旋作為晶格點，成功構建了具有平帶特性的雙層莫爾超材料結構。 實驗通過控制流體渦旋的疊加與扭曲角度，觀察到特定物理現象
圖文解讀
結論展望
本文通過研究液態旋渦產生的水動力學莫爾超晶格，揭示了物理量在界面流動中的局域化到去局域化轉變規律，為調控傳輸過程提供了新思路。研究表明，通過調節旋渦強度和扭轉角度，可以在莫爾超晶格中實現動態晶格和扁平能帶，模擬量子行為（如拓撲性、強耦合和鐵磁性等）。特別是在不同的扭曲角下，局域化與去局域化行為的調控展現出莫爾物理在宏觀流體領域的潛力。本文還提出了一種通過調整液體動力學超晶格來操控界面傳輸過程的通用策略，這不僅為理解界面流動中的能量與物質傳遞提供了新視角，還為微流控、質量傳輸及相關物理、化學和生物學領域的研究與應用奠定了理論基礎。此外，研究的單層策略可以結合光子學設計理念，通過不規則幾何電極等技術進一步拓展莫爾超晶格的功能應用。 Guoqiang Xu?, Xue Zhou?, Weijin Chen, Guangwei Hu, Zhiyuan Yan, Zhipeng Li, Shuihua Yang, Cheng-Wei Qiu*,?Hydrodynamic moiré superlattice, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2329
