堆垛是二维层状材料的一个独特的结构变化方式，在对称性破缺和各种新奇的电学、光学、磁学以及拓扑现象等方面发挥重要作用。为理解堆垛结构对物质材料物理性质的影响，近日，中国科学院物理研究所、国家纳米科学中心、上海交通大学的多个科研团队通力合作，围绕三层石墨烯的一类重要堆垛类型“abc堆垛”开展深入研究，阐明了abc堆垛三层石墨烯中电子和红外声子之间的强耦合。相关研究成果发表于《自然-通讯》。
据介绍，三层石墨烯通常呈现出两种不同的堆叠几何构型，包括abc堆垛和aba堆垛。这两种堆垛的三层石墨烯具有完全不一样的对称性和电子特性，如中心对称abc堆垛的三层石墨烯具有位移电场可调的能隙，可展现出一系列aba堆垛三层石墨烯不具有的关联物理效应，如莫特绝缘态、超导和铁磁等。如何理解abc堆垛三层石墨烯中的这些独特关联物理效应，成为当前重要的研究前沿之一。
科研人员介绍，由于电子-声子耦合是许多新奇物理现象和量子相变的基础，因此，探索三层石墨烯中与堆垛相关的电声耦合对于理解物理现象的微观机制以及设计新型器件具有重要意义。
实验中，科研人员通过栅电压可调的拉曼光谱和激发频率依赖的近场红外光谱，阐明了abc堆垛三层石墨烯中电子和红外声子之间的强耦合。同时，利用堆垛依赖的电子-声子耦合，他们提出了一种简单、无损、高效、高空间分辨的成像技术以鉴别石墨烯的堆垛次序，为将来多层石墨烯及转角石墨烯的研究提供坚实基础。实验结果为理解abc堆垛三层石墨烯中的新奇关联物理效应提供了新视角。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46129-7
（原载于《中国科学报》 2024-03-15 第1版 要闻）
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