原子振动波-声子的传播决定了材料的热学、力学、光电子输运等重要特性。因此，对声子色散（即振动能量对动量的依赖性）的认识是探究和优化材料行为的重要基础。由于振动光谱学的限制，在过去的十年间对二维材料（如石墨烯）的独立单层的声子色散及其局部振动的研究都很模糊。最近，电子能量损失谱（EELS）已经被证明可以探测局部振动电荷响应，但这种研究仍然受到动量空间积分的限制由于其聚焦束的几何结构；也受限于极性材料（比如氮化硼中存在强偶极子矩引起的巨大信号）。另一方面，通过非弹性X射线（中子）散射光谱或EELS在反射中对石墨烯的测量没有任何空间分辨率，需要大的微晶。

Figure 1. 用EELS探测石墨和hBN的动量分辨率的振动光谱。


Figure 2.EELS中的总声子强度和电荷调制。


Figure 3.在石墨烯单层中的振动动量映射。


Figure 4.石墨烯纳米带的振动位置映射。

这里，通过映射不同振动模式将声子色散到单个的独立石墨烯范围内。用密度泛函微扰理论精确地重复和解释了实验所测得的散射强度。此外，使用石墨烯纳米带结构对选定的动量分辨振动模式进行纳米尺度映射能够在空间上分离体积、边缘和表面等多种不同振动模式。该研究结果表明了在纳米尺度上研究二维单层材料的局部振动模式的可行性。

该研究工作由日本国家先进工业科技研究所的Kazu Suenaga研究团队于2019年发表在国际顶级期刊（Nature）上。原文：Position and momentum mapping of vibrations in graphene nanostructures（https://www.nature.com/articles/s41586-019-1477-8）