中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授喬振華課題組與南京大學(xué)教授繆峰、王伯根合作，在多層石墨烯的壓電效應(yīng)的研究方面取得新進展，首次在實驗上觀察到石墨烯材料體系中正的壓電效應(yīng)，并在理論上揭示了多層結(jié)構(gòu)內(nèi)層間相互作用對該效應(yīng)的顯著貢獻。研究成果于9月11日在線發(fā)表在《自然·通訊》上，喬振華課題組的博士研究生王科為共同第一作者。

石墨烯是單原子層的碳材料，于2004年由Geim和Novoselov首次以機械剝離法得到，并作為第一個真正的二維體系開始了二維材料研究的時代。由于石墨烯非常優(yōu)越的力學(xué)、電學(xué)與磁學(xué)性質(zhì)，很快吸引了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域很多物理學(xué)家的注意力。其中，石墨烯的優(yōu)異彈性使得力學(xué)方式成為一種有效的調(diào)控手段并取得一系列進展，比如實驗上已經(jīng)觀測到應(yīng)力引起的高達300特斯拉的贗磁場。更多理論預(yù)言，如應(yīng)力導(dǎo)致的量子霍爾效應(yīng)、超導(dǎo)等，還有待更確定的實驗驗證。另外，如何通過力學(xué)方法控制電子輸運性質(zhì)也還需在理論和實驗上做更深入的研究。以前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)單層石墨烯會實現(xiàn)負壓電效應(yīng)。喬振華與合作者發(fā)現(xiàn)，不同于單層石墨烯，雙層和多層石墨烯可以實現(xiàn)正壓電電導(dǎo)效應(yīng)。在外界應(yīng)力下，單層石墨烯中碳原子間距增大，近鄰躍遷能量變低，從而導(dǎo)致電子費米速度變小，并進一步引起電導(dǎo)降低，產(chǎn)生負的壓電效應(yīng)。然而，在多層石墨烯中外界應(yīng)力不僅拉長面內(nèi)碳原子間距，同時減小了石墨烯的層間距，導(dǎo)致層間碳原子間躍遷能量增大，更重要的是由層間相互作用引入的格點位能的修正。這種修正引起受壓區(qū)間內(nèi)費米面變化，增加了導(dǎo)電通道，從而增強電導(dǎo)產(chǎn)生正壓電電導(dǎo)效應(yīng)。實驗和理論的結(jié)合很好地解釋了層間相互作用給出的這種違反直覺的物理現(xiàn)象。該研究不僅深入了對石墨烯體系的力學(xué)、電學(xué)性質(zhì)的理解，也有助于探討其在納米機電系統(tǒng)和柔性電子器件中的應(yīng)用。