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(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的晶體學(xué)質(zhì)量，石墨烯蘊(yùn)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(lái)的研究熱點(diǎn)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(dú)特的電子能帶結(jié)構(gòu)。探測(cè)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(cè)極限很難小至狄拉克點(diǎn)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(diǎn)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(guò)測(cè)量低頻拉曼信號(hào)來(lái)探測(cè)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(lái)測(cè)量的，但其非常低的光學(xué)透過(guò)率使它很難被用來(lái)研究象多層石墨烯和體石墨所具有的這類(lèi)強(qiáng)度極弱的低頻拉曼模。

　　在科技部重大科學(xué)研究計(jì)劃和國(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(cè)到低至5cm-1的斯托克斯和反斯托克斯拉曼信號(hào)。單光柵光譜儀非常高的光學(xué)信號(hào)透過(guò)率使得該課題組能探測(cè)從雙層石墨烯、多層石墨烯到體石墨的強(qiáng)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(yuǎn)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(diǎn)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(lái)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(kāi)大學(xué)王玉芳教授、英國(guó)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(guò)機(jī)械物理剝離或化學(xué)方法來(lái)制備。所有這些材料剪切模的檢測(cè)將可以用來(lái)直接探測(cè)它們的層間相互作用以及推動(dòng)相關(guān)物理性質(zhì)的研究。