原子振動波-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，對聲子色散（即振動能量對動量的依賴性）的認(rèn)識是探究和優(yōu)化材料行為的重要基礎(chǔ)。由于振動光譜學(xué)的限制，在過去的十年間對二維材料（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)被證明可以探測局部振動電荷響應(yīng)，但這種研究仍然受到動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）。另一方面，通過非彈性X射線（中子）散射光譜或EELS在反射中對石墨烯的測量沒有任何空間分辨率，需要大的微晶。
Figure 1. 用EELS探測石墨和hBN的動量分辨率的振動光譜。
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動量映射。
Figure 4.石墨烯納米帶的振動位置映射。
這里，通過映射不同振動模式將聲子色散到單個的獨(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)所測得的散射強(qiáng)度。此外，使用石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)對選定的動量分辨振動模式進(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模式的可行性。
該研究工作由日本國家先進(jìn)工業(yè)科技研究所的Kazu Suenaga研究團(tuán)隊(duì)于2019年發(fā)表在國際頂級期刊（Nature）上。原文：Position and momentum mapping of vibrations in graphene nanostructures（https://www.nature.com/articles/s41586-019-1477-8）
