三層石墨烯中堆垛相關(guān)的電聲耦合示意圖。左為ABA三層石墨烯堆疊；右為ABC三層石墨烯堆疊。研究團隊供圖

堆垛是二維層狀材料的一個獨特的結(jié)構(gòu)變化方式，在對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)揮重要作用。為理解堆垛結(jié)構(gòu)對物質(zhì)材料物理性質(zhì)的影響，近日，中國科學(xué)院物理研究所、國家納米科學(xué)中心、上海交通大學(xué)的多個科研團隊通力合作，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耦合。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。

據(jù)介紹，三層石墨烯通常呈現(xiàn)出兩種不同的堆疊幾何構(gòu)型，包括ABC堆垛和ABA堆垛。這兩種堆垛的三層石墨烯具有完全不一樣的對稱性和電子特性，如中心對稱ABC堆垛的三層石墨烯具有位移電場可調(diào)的能隙，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)，如莫特絕緣態(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特關(guān)聯(lián)物理效應(yīng)，成為當(dāng)前重要的研究前沿之一。

科研人員介紹，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，探索三層石墨烯中與堆垛相關(guān)的電聲耦合對于理解物理現(xiàn)象的微觀機制以及設(shè)計新型器件具有重要意義。

實驗中，科研人員通過柵電壓可調(diào)的拉曼光譜和激發(fā)頻率依賴的近場紅外光譜，闡明了ABC堆垛三層石墨烯中電子和紅外聲子之間的強耦合。同時，利用堆垛依賴的電子-聲子耦合，他們提出了一種簡單、無損、高效、高空間分辨的成像技術(shù)以鑒別石墨烯的堆垛次序，為將來多層石墨烯及轉(zhuǎn)角石墨烯的研究提供堅實基礎(chǔ)。實驗結(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)提供了新視角。（記者甘曉）

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