原子振動(dòng)波-聲子的傳播決定了材料的熱學(xué)、力學(xué)、光電子輸運(yùn)等重要特性。因此，對(duì)聲子色散（即振動(dòng)能量對(duì)動(dòng)量的依賴(lài)性）的認(rèn)識(shí)是探究和優(yōu)化材料行為的重要基礎(chǔ)。由于振動(dòng)光譜學(xué)的限制，在過(guò)去的十年間對(duì)二維材料（如石墨烯）的獨(dú)立單層的聲子色散及其局部振動(dòng)的研究都很模糊。最近，電子能量損失譜（EELS）已經(jīng)被證明可以探測(cè)局部振動(dòng)電荷響應(yīng)，但這種研究仍然受到動(dòng)量空間積分的限制由于其聚焦束的幾何結(jié)構(gòu)；也受限于極性材料（比如氮化硼中存在強(qiáng)偶極子矩引起的巨大信號(hào)）。另一方面，通過(guò)非彈性X射線（中子）散射光譜或EELS在反射中對(duì)石墨烯的測(cè)量沒(méi)有任何空間分辨率，需要大的微晶。
Figure 1. 用EELS探測(cè)石墨和hBN的動(dòng)量分辨率的振動(dòng)光譜。
Figure 2.EELS中的總聲子強(qiáng)度和電荷調(diào)制。
Figure 3.在石墨烯單層中的振動(dòng)動(dòng)量映射。
Figure 4.石墨烯納米帶的振動(dòng)位置映射。
這里，通過(guò)映射不同振動(dòng)模式將聲子色散到單個(gè)的獨(dú)立石墨烯范圍內(nèi)。用密度泛函微擾理論精確地重復(fù)和解釋了實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的散射強(qiáng)度。此外，使用石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)對(duì)選定的動(dòng)量分辨振動(dòng)模式進(jìn)行納米尺度映射能夠在空間上分離體積、邊緣和表面等多種不同振動(dòng)模式。該研究結(jié)果表明了在納米尺度上研究二維單層材料的局部振動(dòng)模式的可行性。
該研究工作由日本國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科技研究所的Kazu Suenaga研究團(tuán)隊(duì)于2019年發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊（Nature）上。原文：Position and momentum mapping of vibrations in graphene nanostructures（https://www.nature.com/articles/s41586-019-1477-8）
