“堆垛”是二維層狀材料一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)變化方式，在對(duì)稱性破缺和各種新奇的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)以及拓?fù)洮F(xiàn)象等方面發(fā)揮著重要作用。
為理解堆垛結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)材料物理性質(zhì)的影響，近日，來(lái)自中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心與國(guó)家納米科學(xué)中心、上海交通大學(xué)的多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)通力合作，圍繞三層石墨烯的一類重要堆垛類型“ABC堆垛”開展深入研究，闡明了ABC堆垛三層石墨烯中電子和紅外聲子之間的強(qiáng)耦合。相關(guān)研究成果于2月29日發(fā)表在《自然—通訊》上。
近年來(lái)，三層石墨烯引發(fā)了研究人員的廣泛關(guān)注?？蒲腥藛T介紹，通常，三層石墨烯可呈現(xiàn)出兩種不同的堆疊幾何構(gòu)型，包括ABC堆垛（也稱為菱形堆垛）和ABA堆垛（也稱為Bernal堆垛）。這兩種堆垛的三層石墨烯具有完全不一樣的對(duì)稱性和電子特性，如中心對(duì)稱ABC堆垛的三層石墨烯具有位移電場(chǎng)可調(diào)的能隙，并可展現(xiàn)出一系列ABA堆垛三層石墨烯不具有的關(guān)聯(lián)物理效應(yīng)：莫特絕緣態(tài)、超導(dǎo)和鐵磁等。如何理解ABC堆垛三層石墨烯中的這些獨(dú)特關(guān)聯(lián)物理效應(yīng)，已成為當(dāng)前重要研究前沿之一。
科研人員介紹稱，由于電子-聲子耦合是許多新奇物理現(xiàn)象和量子相變的基礎(chǔ)，因此，探索三層石墨烯中堆垛相關(guān)的電聲耦合對(duì)于理解物理現(xiàn)象的微觀機(jī)制以及設(shè)計(jì)新型器件應(yīng)用具有至關(guān)重要的意義。
實(shí)驗(yàn)中，科研人員通過(guò)柵電壓可調(diào)的拉曼光譜和激發(fā)頻率依賴的近場(chǎng)紅外光譜，闡明了ABC堆垛三層石墨烯中電子和紅外聲子之間的強(qiáng)耦合。同時(shí)，利用堆垛依賴的電子-聲子耦合，他們還提出了一種簡(jiǎn)單、無(wú)損、高效、高空間分辨的成像技術(shù)以鑒別石墨烯的堆垛次序，為將來(lái)多層石墨烯以及轉(zhuǎn)角石墨烯的研究提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
在專家看來(lái)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為理解ABC堆垛三層石墨烯中的新奇關(guān)聯(lián)物理效應(yīng)如超導(dǎo)、鐵磁性等提供了新的視角。
中國(guó)科學(xué)院物理研究所博士生昝曉洲、國(guó)家納米科學(xué)中心特別研究助理郭相東博士為論文共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院物理研究所特聘研究員杜羅軍、研究員張廣宇、國(guó)家納米科學(xué)中心研究員戴慶為論文共同通訊作者。
三層石墨烯中堆垛相關(guān)的電聲耦合示意圖。左半部分ABA三層石墨烯堆疊；右半部分ABC三層石墨烯堆疊。研究團(tuán)隊(duì)供圖
