基于片上集成的二维量子与非线性材料多自由度调控

二维材料(2DM)及其衍生异质结构具有可通过多种途径广泛调控的电学与光学性质，最显著的是静电栅极调控和扭转等界面工程。虽然静电栅极调控简单且已普遍应用于二维材料，但若能以类似的实时方式定制界面性质，则代表着我们在调制底层物理和构建二维材料奇异器件能力上的下一次飞跃。然而，现有所有方法都依赖扫描显微镜等外部机械装置，这往往限制了其应用范围，且目前尚无一种能像静电栅极调控那样具有同等可及性与可扩展性的二维界面调控手段。在此，我们展示了首个面向具有原位可调界面性质的二维材料、基于微机电系统(MEMS)的片上平台。每个紧凑、低成本且多功能的器件都是一个独立的微型机器，可实现高精度电压控制二维材料的逼近、扭转与加压。作为演示，我们通过同时控制扭转角和层间距，在扭转六方氮化硼(h-BN)的非线性光学极化率中构建了称为半子(meron)的合成拓扑奇点。所得莫尔图案的手性进一步在第二谐波产生中诱导出强圆二色性。这种拓扑非线性极化率的一个潜在应用是制造具有广泛且实时可调偏振的集成经典与量子光源。我们的发明推进了操控低维量子材料可用技术的边界，进而为设计面向凝聚态物理、量子光学及更广阔领域的未来混合二维-三维器件打开了大门。