石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。由于其独特的二维结构和优异的晶体学质量，石墨烯蕴含了丰富而新奇的物理现象，使其迅速成为凝聚态物理领域近年来的研究热点之一。

拉曼光谱是表征石墨烯样品最常用的方法。单层石墨烯只有一个简并的拉曼活性光学模，而体石墨中还有一个频率只有42cm-1的剪切模。三光栅光谱仪通常被用来测量如此低频的拉曼信号，但其非常低的光学透过率使其很难被用来研究象石墨所具有的强度极低的这类低频拉曼模，从而使得相关的物理性质研究，例如这些拉曼模与低能电子激发间的相互作用等变得非常困难。

我室谭平恒课题组将最新发展的布拉格体光栅技术集成到高光学信号透过率的单光栅光谱仪，使其能测到低至5cm-1的斯托克斯和反斯托克斯拉曼信号，实现了从双层石墨烯、多层石墨烯到体石墨的低频剪切模的测量。剪切模的峰位从体石墨的43cm-1变到双层石墨烯的31cm-1。这一奇特现象可以利用只有一个拟合参数的单原子链模型很好地解释，该解释也与用密度泛函理论和密度泛函微扰理论以及力常数模型所计算的结构一致。通过线性链模型的拟合，得到体石墨烯单位面积层间的力常数和石墨的剪切弹性模数。由于石墨烯剪切模的频率很低，声子能量只有5meV，因此剪切模可以和石墨烯狄拉克点附近的低能电子激发发生显著的相互作用，使得从三层石墨烯到体石墨的剪切模都显示出Fano线型。但随着石墨烯层数的越少，因吸附空气分子和与衬底之间的电荷转移所导致的掺杂效应越显著，使得该Fano共振的耦合效应越来越弱，以至于双层石墨烯剪切模的线型很接近洛伦兹线型。

以上成果的理论工作得到了我室常凯研究员、南开大学王玉芳教授、英国牛津大学Marzari教授和剑桥大学Ferrari教授等课题组的紧密合作。相关成果已经发表于Nature Materials 11:4, 294-300(2012)。谭平恒研究员和Ferrari教授为这篇论文的共同通讯作者。

石墨并不是唯一的层状材料，BN、Bi2Te3和Bi2Se3等层状材料都可以通过机械物理剥离或化学方法来制备。所有这些材料剪切模的检测将可以用来直接探测它们的层间相互作用以及推动相关物理性质的研究。

该工作得到科技部重大科学研究计划和国家自然科学基金的资助

全文链接nmat3245_11p294.pdf。

http://lab.semi.ac.cn/cjg/upload/2012/3201232704324283.pdf