基于二維材料的范德瓦爾斯異質結（vdWHs）可以通過化學氣相沉積（CVD）或者干/濕轉移法制備。它們通常具有明顯且高質量的二維界面，為研究界面相關的性質提供了一個優質平臺。另外，vdWHs中子系統成分、樣品厚度以及界面旋轉角的多樣選擇也為操控它們的光學和電學性質提供了更多自由度。其中，由于單層過渡金屬硫族化合物（TMDs）為直接帶隙半導體，基于TMDs的vdWHs在光電子學應用中受到了重點關注。

在vdWHs中，具有相近晶格常數的子系統以一定的旋轉角度堆垛，在界面處將形成moiré圖案。相應地，界面處的層間耦合作用也表現出moiré圖案，對vdWHs子系統的電子能帶結構和電子-電子相互作用施加周期性勢場的調制，使vdWHs表現出一系列新奇物理現象：轉角雙層石墨烯中形成moiré能帶；TMDs異質結中層間激子態受到moiré周期勢的調制產生moiré激子。同時，vdWHs中moiré圖案還會對子系統以及vdWHs本身的聲子、電子-聲子耦合以及聲子-聲子相互作用產生影響。

對vdWHs中晶格動力學以及聲子性質進行研究為調控聲子相關的性質提供了可能。比如，在hBN/WSe2中，采用與WSe2光學躍遷匹配的激光可共振激發hBN原本光學禁戒的聲子；通過共振拉曼散射可激發轉角多層石墨烯子系統中的層間剪切模式［Nat.Commun.5:5309（2014）］；在MoS2/石墨烯異質結中觀察到MoS2子系統的剪切模以及vdWHs的層間呼吸模式［ACS Nano 11:11714（2017）］。

當兩個相同的單層以一定的旋轉角度堆垛時將形成轉角雙層二維材料（tBL）。與采用多種二維材料堆垛的vdWHs不同，tBL的晶格結構可能是公度的，即存在嚴格的晶體學超晶格，晶格常數依賴于旋轉角度。由于聲子折疊效應，在tBL的拉曼光譜中理應觀察到一系列折疊的聲學和光學聲子模式。同時，moiré圖案將在兩個單層子系統中引入一個周期勢場，形成moiré超晶格，從而產生相應的折疊聲子模式。

這些模式受到moiré周期勢的調制，類比moiré能帶和moiré激子，可將其定義為moiré聲子。moiré超晶格的周期等于或者小于晶體學超晶格的周期。轉角雙層TMD作為研究vdWHs基本性質最簡單的模型，可用于研究vdWHs中晶格動力學行為。

到目前為止，在轉角雙層TMD中，晶體學超晶格相關的聲子以及與moiré超晶格相關的聲子都沒有相關的報道，哪種聲子將在拉曼光譜中起主導作用尚未清楚。

最近，中國科學院半導體研究所譚平恒研究組與北京大學研究員劉開輝、哈爾濱工業大學教授胡平安以及中國人民大學教授季威合作，以CVD生長和濕法轉移的轉角雙層MoS2為模型，利用拉曼光譜和密度泛函理論計算對轉角雙層TMD材料中的聲子性質進行了系統的研究，并獲得新進展。

圖：轉角雙層MoS2的拉曼光譜以及由moiré聲子頻率映射得到的聲子色散曲線

他們根據實驗成果，提出了moiré聲子的概念。moiré聲子是由于在轉角雙層MoS2中，moiré圖案所產生的周期勢場可以調控單層MoS2子系統中的聲子模式，使得由單層MoS2中非布里淵區中心的聲子可以折疊到轉角雙層MoS2布里淵區中心，并在拉曼光譜中可以觀察到這些聲子對應的新拉曼模式，且其頻率依賴于旋轉角度。有意思的是，晶體學超晶格所對應的折疊聲子并未在拉曼光譜中觀察到。

在轉角雙層MoS2中，由于兩單層MoS2層間相互作用比較弱，利用moiré聲子隨旋轉角度變化的頻率可映射得到單層MoS2對應聲子支的真實色散曲線。另外，他們還通過密度泛函理論計算研究了moiré聲子的晶格動力學行為，moiré圖案形狀的層間相互作用通過局域原子所處的環境作用于moiré聲子，使其原子振動在納米尺度呈現一定的圖案分布，這為調控聲子的動力學行為提供了可能。同時，他們還通過改變激發光能量，發現轉角雙層MoS2中moiré聲子相關拉曼模式在激發光能量靠近單層MoS2的C激子時共振增強，即該類拉曼模式的激發來源于與C激子相關的共振拉曼效應。

該項研究成果于近期在線發表在美國化學會學術刊物ACS Nano上。林妙玲和譚青海為該論文的共同第一作者，譚平恒為該論文的通訊作者。這項成果可以推廣到其它轉角雙層二維材料和由不同二維晶體材料堆垛而成的二維異質結，對于理解二維異質結材料的拉曼光譜、moiré聲子、晶格動力學、激子效應以及層間耦合作用等具有重要意義。