“堆垛”是二維層狀材料一個獨特的結構變化方式，在對稱性破缺和各種新奇的電學、光學、磁學以及拓撲現象等方面發揮著重要作用。
為理解堆垛結構對物質材料物理性質的影響，近日，來自中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心與國家納米科學中心、上海交通大學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。相關研究成果于2月29日發表在《自然—通訊》上。
近年來，三層石墨烯引發了研究人員的廣泛關注?？蒲腥藛T介紹，通常，三層石墨烯可呈現出兩種不同的堆疊幾何構型，包括ABC堆垛（也稱為菱形堆垛）和ABA堆垛（也稱為Bernal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的能隙，并可展現出一系列ABA堆垛三層石墨烯不具有的關聯物理效應：莫特絕緣態、超導和鐵磁等。如何理解ABC堆垛三層石墨烯中的這些獨特關聯物理效應，已成為當前重要研究前沿之一。
科研人員介紹稱，由于電子-聲子耦合是許多新奇物理現象和量子相變的基礎，因此，探索三層石墨烯中堆垛相關的電聲耦合對于理解物理現象的微觀機制以及設計新型器件應用具有至關重要的意義。
實驗中，科研人員通過柵電壓可調的拉曼光譜和激發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，他們還提出了一種簡單、無損、高效、高空間分辨的成像技術以鑒別石墨烯的堆垛次序，為將來多層石墨烯以及轉角石墨烯的研究提供堅實基礎。
在專家看來，實驗結果為理解ABC堆垛三層石墨烯中的新奇關聯物理效應如超導、鐵磁性等提供了新的視角。
中國科學院物理研究所博士生昝曉洲、國家納米科學中心特別研究助理郭相東博士為論文共同第一作者，中國科學院物理研究所特聘研究員杜羅軍、研究員張廣宇、國家納米科學中心研究員戴慶為論文共同通訊作者。
三層石墨烯中堆垛相關的電聲耦合示意圖。左半部分ABA三層石墨烯堆疊；右半部分ABC三層石墨烯堆疊。研究團隊供圖
