近日，物理系季威教授研究組胡智鑫博士與中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所譚平恒研究組劍橋大學(xué)Ferrari教授合作，研究了多層轉(zhuǎn)角石墨烯中層間剪切和呼吸模的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)多層轉(zhuǎn)角石墨烯層間的結(jié)構(gòu)失配是導(dǎo)致剪切模式大幅軟化的主要原因，而剪切模式卻不受其影響。相關(guān)研究成果于6月10日在線發(fā)表在《美國化學(xué)會·納米》(ACS NANO 2015, 9, 7440-7449)上。胡智鑫博士是理論模擬部分的主要完成人，季威教授為論文的共同通訊作者。

石墨烯等二維層狀材料具有優(yōu)異的電學(xué)及光學(xué)性質(zhì)，可以通過改變多層堆垛方式調(diào)控這類層狀材料的物理性質(zhì)。多層石墨烯穩(wěn)定的堆垛方式是Bernal堆垛，但是，通過人為調(diào)控可以改變部分層的晶格取向從而形成多層轉(zhuǎn)角石墨烯。石墨烯結(jié)構(gòu)的改變影響了層間電學(xué)和力學(xué)耦合的強度，有可能出現(xiàn)不同于傳統(tǒng)石墨烯的光電性質(zhì)。第一性原理計算結(jié)合Raman光譜研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)角石墨烯相比Bernal結(jié)構(gòu)石墨烯層間剪切模式的頻率大幅降低，其層間耦合強度只有Bernal結(jié)構(gòu)的五分之一。然而，其呼吸模式卻對層間堆垛方式的不敏感，轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)與Bernal結(jié)構(gòu)的振動頻率相差很小。這一點與層間剪切模式的表現(xiàn)完全不同。通過理論計算分析石墨烯的層間電子耦合，發(fā)現(xiàn)多層轉(zhuǎn)角石墨烯層間的結(jié)構(gòu)失配是導(dǎo)致剪切模式大幅軟化的主要原因，而剪切模式并不受其影響。這項研究對分析多層轉(zhuǎn)角石墨烯的層間耦合作用有重要意義，并且可以推廣到其他二維材料，為分析二維材料的層間電學(xué)和力學(xué)耦合提供新思路。

《ACS NANO》與《Nano Letters》均是美國化學(xué)會在納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的兩本旗艦期刊，主要發(fā)表納米領(lǐng)域有重大突破的高質(zhì)量研究成果?！禔CS NANO》側(cè)重發(fā)表較為系統(tǒng)的重要研究成果，2014年期刊影響因子為12.881。

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延伸閱讀：Interface Coupling in Twisted Multilayer Graphene by Resonant Raman Spectroscopy of Layer Breathing Modes, ACS NANO 9, 7440-7449 (2015).