维也纳大学 透射快电子波前激发石墨烯局部晶格振动的示意图
信用:AIST良介森加 为了理解石墨烯纳米结构等先进材料，并将其优化用于纳米、光和量子技术器件，理解声子——固体中原子的振动——如何影响材料的性质至关重要
来自维也纳大学、日本高级科学技术研究所、JEOL公司和罗马拉萨皮恩扎大学的研究人员开发了一种能够测量纳米结构材料中所有声子的方法
这是纳米功能材料和器件分析的突破
通过使用石墨烯纳米结构的试点实验，这些研究人员展示了他们方法的独特性，这将发表在最新一期的《自然》杂志上
材料重要的热、机械、光电和传输特性由声子控制:传播的原子振动波
由此可以推断，确定这种扩展的原子振动对于优化纳米电子器件至关重要
目前可用的技术使用光学方法以及非弹性电子、x光和中子散射
尽管在过去十年中具有重要的科学意义，但这些方法中没有一种能够确定石墨烯等二维(2-D)材料的独立单层的所有声子及其在石墨烯纳米带中的局部变化，石墨烯纳米带又被用作纳米和光电子学中的活性元素
纳米光谱的新极限 由维也纳大学的托马斯·皮克勒(Thomas Pichler)领导的电子光谱学领先专家、由罗马拉萨皮恩扎大学的弗朗切斯科·毛里(Francesco Mauri)领导的理论光谱学领先专家和由日本AIST筑波大学的石田和彦·苏那加(·苏那加)领导的电子显微镜学领先专家组成的国际研究团队，与日本公司JOEL一起，提出了一种将其应用于石墨烯纳米结构作为模型的独创方法:“电子显微镜内的高分辨率电子光谱镜具有足够的灵敏度，甚至可以测量原子单层
“通过这种方式，他们第一次能够确定独立石墨烯的所有振动模式，以及石墨烯纳米带中不同振动模式的局部延伸
这种新方法，他们称之为“大q映射”，为确定所有纳米结构和二维先进材料中声子的空间和动量扩展开辟了全新的可能性
这些实验将纳米光谱的极限推向了海森堡测不准原理的极限，并展示了在纳米尺度下研究单个单层的局部振动模式的新可能性
作为“台式”同步加速器的新型电子纳米光谱仪 “对所有材料(甚至包括单层二维材料和纳米带)局部振动的完全空间和动量解析映射的直接实验证明，将使我们能够完全解开不同振动模式及其在非完美结构(如边缘或缺陷)处的动量传递，这对于理解和优化材料的局部特性极其重要，”其中一位主要作者良介善加解释道
这项在电子显微镜中进行的“振动的高质量绘图”的研究，为结合空间和动量分辨测量的所有材料的纳米光谱学开辟了一条新的途径
这是显微镜和光谱学结合的最大挑战，因为空间和动量分辨率由于海森堡不确定性原理的限制而得到补偿
维也纳大学的托马斯·皮克勒说:“我们相信，我们的方法将推动材料科学领域的大量研究，并将电子显微镜中的高分辨率电子光谱学推向下一个水平，被设想为真正的台式同步加速器。”
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