面内莫尔效应增强近场辐射传热：单层MoO3光栅中双曲-椭圆声子极化激元杂交研究

本文创新性地提出基于单层MoO3光栅的面内莫尔效应（in-plane Moiré effects），通过正交排列晶体轴实现双曲型与椭圆型声子极化激元（HE-HyPhPs）的平面内杂交，突破传统Reststrahlen能带限制，构建高效宽带近场辐射传热（NFRHT）通道。研究结合严格耦合波分析（RCWA）与有限元模拟，证实该设计可精准调控热光子输运拓扑结构，为高性能微纳热管理器件提供新范式。

　　

Highlight

我们首次报道了由双曲-椭圆杂交声子极化激元（HE-HyPhPs）激发的面内莫尔效应，并证实其对近场辐射传热（NFRHT）的增强作用。在晶体轴正交排列的单层MoO₃光栅中，通过交换相邻光栅介电张量分量，实现了双曲模式与椭圆模式的定向耦合。这种杂交态在1.3-1.4×10¹⁴ rad/s频谱范围内建立了高效能量传输通道。

Method

图1(a)展示了单层MoO₃光栅发射体的结构设计，其近场热辐射沿z方向传播。利用MoO₃的光学各向异性，通过将相邻光栅晶体轴旋转90度交换ε_y和ε_z分量，成功构建了杂交光栅体系（图1(b)）。

Results and discussion

次级光栅填充率对极化激元杂交具有显著影响。通过对比原始非正交光栅与不同w₂/w₁比例的杂交光栅（图1(c)），发现正交排列可激活面内双曲-椭圆模式耦合，其能量传输系数较传统结构提升2个数量级。

Conclusions

本研究通过面内莫尔效应实现了极化激元的本征能带调控，所开发的单材料系统兼具结构鲁棒性和热流增强特性，为下一代智能热界面材料设计提供了理论基石。