石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料。由于其獨特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的晶體學(xué)質(zhì)量，石墨烯蘊含了豐富而新奇的物理現(xiàn)象，使其迅速成為凝聚態(tài)物理領(lǐng)域近年來的研究熱點之一。單層石墨烯可以逐層按不同方式堆垛成多層石墨烯，每一種多層石墨烯材料都顯示出獨特的電子能帶結(jié)構(gòu)。探測石墨烯電子能帶結(jié)構(gòu)的激發(fā)信息有很多方法，但是由于技術(shù)或分辨率的原因，這些技術(shù)的探測極限很難小至狄拉克點附近100meV 內(nèi)的低能電子激發(fā)信息。因此，如何研究多層石墨烯在狄拉克點附近的能帶結(jié)構(gòu)信息一直是人們希望解決的難題。

　　拉曼模式與電子激發(fā)間的相互作用為通過測量低頻拉曼信號來探測相應(yīng)的低能電子激發(fā)提供了一種非常有效方法。低頻拉曼模式通常是利用三光柵拉曼光譜儀來測量的，但其非常低的光學(xué)透過率使它很難被用來研究象多層石墨烯和體石墨所具有的這類強度極弱的低頻拉曼模。

　　在科技部重大科學(xué)研究計劃和國家自然科學(xué)基金的支持下，中科院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國家重點實驗室譚平恒研究員課題組將最新發(fā)展的布拉格體光柵技術(shù)集成到單光柵拉曼光譜儀上，使其能測到低至5cm-1的斯托克斯和反斯托克斯拉曼信號。單光柵光譜儀非常高的光學(xué)信號透過率使得該課題組能探測從雙層石墨烯、多層石墨烯到體石墨的強度極弱的低頻剪切模，剪切模的峰位從體石墨的43cm-1 變到雙層石墨烯的31cm-1。由于石墨烯剪切模的頻率很低，聲子能量只有5meV，遠小于石墨烯G模0.2eV的聲子能量，因此剪切�？梢院褪�墨烯狄拉克點附近的低能電子激發(fā)發(fā)生顯著的相互作用，使得多層石墨烯的剪切模顯示出Fano線型。但隨著石墨烯層數(shù)的越少，因吸附空氣分子和與襯底之間的電荷轉(zhuǎn)移所導(dǎo)致的摻雜效應(yīng)越顯著，使得該Fano共振的耦合效應(yīng)越來越弱，以至于雙層石墨烯剪切模的線型很接近洛倫茲線型。

　　以上成果的理論工作是與半導(dǎo)體所常凱研究員、南開大學(xué)王玉芳教授、英國牛津大學(xué)Marzari教授和劍橋大學(xué)Ferrari教授等課題組緊密合作完成的。相關(guān)成果已經(jīng)發(fā)表于Nature Materials 11:4, 294-300(2012)。譚平恒研究員和Ferrari教授為這篇論文的共同通訊作者。

　　石墨并不是唯一的層狀材料，BN、Bi2Te3和Bi2Se3等層狀材料都可以通過機械物理剝離或化學(xué)方法來制備。所有這些材料剪切模的檢測將可以用來直接探測它們的層間相互作用以及推動相關(guān)物理性質(zhì)的研究。