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英國與法國的研究人員最近發現，將石墨烯(graphene)放置於六角氮化硼(h-BN)上能重大改變石墨烯的電子性質。這是由於新「迪拉克點」(Dirac point)的出現，而且其能量是由此二材料之間的旋轉角度所決定。這項結果有助於設計性質可調整的新穎光學及光電元件。
石墨烯的迪拉克點位在傳導帶與共價帶的交接處，此能量附近的能帶呈線性，代表載子的等效動能正比其動量。這種不尋常的動能-動量關係通常只見於無靜止質量的光子，正因如此，處於迪拉克錐(Dirac cone)的電子表現出的行為如同無靜止質量的相對論性粒子，能在材料中以極高速率運行，因此石墨烯可用來製作超快電晶體等元件。
英國曼徹斯特(Manchester)大學的Cinzia Casiraghi與法國巴黎第六大學(Universite Paris-6)的研究伙伴，利用拉曼光譜(Raman spectroscopy)測量新迪拉克點的能量，發現其能量與石墨烯和氮化硼間的旋轉角度有關。他們是先將石墨烯轉移至氮化硼薄膜上，接著使用光學顯微鏡協助對準兩種材料的晶格，然後旋轉石墨烯使兩中材料邊緣平行。旋轉石墨烯時會產生莫列波紋(Moire pattern) ，波紋來自兩種晶格重疊造成的週期性干涉，相當於一種超晶格(superlattice)，其波長(即週期)由旋轉角所決定。因此，莫列波紋的作用如同週期性位能。
在一般晶體中，週期性位能會影響電子的色散關係，導致能隙產生。然而，由於石墨烯中的電子沒有靜止質量，週期性位能只會導致某些區域產生局部能隙(locally gapped regions, 或稱 mini gap)，並衍生出新的迪拉克點。為了找出新迪拉克點的能量，該團隊測量了2D拉曼光譜峰值的寬度，發現此值對於石墨烯和氮化硼晶格間的錯位(misalignment)非常敏感。這是拉曼光譜首次以這種方式被運用來探討複合2D結構。
Casiragh表示，拉曼光譜提供了一個簡單且快速的方法來確定這些超晶格中的週期性位能波長及迪拉克點的能量。該團隊目前正著手研究其他以石墨烯為基礎的超晶格材料，希望能找到迪拉克點能量較高的系統，以便利在拉曼光譜上產生較強效應，同時也有助於應用在光電元件上。詳見近期的Nano Letters ｜ DOI: 10.1021/nl402679b。 |