“堆垛”是二维层状材料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着重要作用。

为理解堆垛结构对物质材料物理性质的影响，近日，来自中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心与国家纳米科学中心、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。相关研究成果于2月29日发表在《自然—通讯》上。

近年来，三层石墨烯引发了研究人员的广泛关注。科研人员介绍，通常，三层石墨烯可呈现出两种不同的堆叠几何构型，包括ABC堆垛（也称为菱形堆垛）和ABA堆垛（也称为Bernal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，并可展现出一系列ABA堆垛三层石墨烯不具有的关联物理效应：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，已成为当前重要研究前沿之一。

科研人员介绍称，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应用具有至关重要的意义。

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，他们还提出了一种简单、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，为将来多层石墨烯以及转角石墨烯的研究提供坚实基础。

在专家看来，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如超导、铁磁性等提供了新的视角。

中国科学院物理研究所博士生昝晓洲、国家纳米科学中心特别研究助理郭相东博士为论文共同第一作者，中国科学院物理研究所特聘研究员杜罗军、研究员张广宇、国家纳米科学中心研究员戴庆为论文共同通讯作者。（来源：中国科学报 甘晓）

三层石墨烯中堆垛相关的电声耦合示意图。左半部分ABA三层石墨烯堆叠；右半部分ABC三层石墨烯堆叠。研究团队供图

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46129-7