近日，浙江大学交叉力学中心石墨烯力学实验室与南京航空航天大学合作对石墨烯拉曼G*峰的成因进行了研究。论文的第一作者是交叉力学中心硕士生王韫璐，通讯作者为交叉力学中心赵沛副教授、王宏涛教授和南京航空航天大学张助华教授。相关成果“Strain-Dependent Raman Analysis of G*Band in Graphene”作为rapid communications发表在期刊《Physical Review B》杂志上。

图1 石墨烯拉伸过程及原理示意           图2 石墨烯G*峰随应变变化拉曼光谱图

      G*峰是石墨烯拉曼特征峰之一，出现在拉曼光谱2450 cm^–1的位置，和2D峰二者一起是石墨烯光谱中最突出的双共振拉曼特征峰，因此G*峰成因的研究对完善石墨材料的拉曼理论具有十分重要的意义。目前对G*峰的成因有两种猜想，一是G*峰来源于动量不为零的iTO和LA声子组合模式，二是G*峰来源于该模式与一个额外动量为零iTO声子和频模式的混合。

      为了验证猜想，研究团队将石墨烯转移到方华/PDMS柔性基底上使用自制加载台进行单轴拉伸，破坏石墨烯晶格的对称性，从而使得原本对称的声子散射通道发生区别，借此方式观察拉曼光谱中G*峰的峰位变化。在1.1％的单轴应变下，G *峰中心位置的红移为〜60 cm^–1，同时应变加载过程中G *峰左右两部分半峰宽值的不对称拟合参数始终保持为零应变状态下的初始值，对比石墨烯2D峰随应变的演化机制我们发现，如果双共振散射过程涉及两个或多个具有不同频率的声子，则它的移动和分裂可能随应变变化表现出不同的特征行为，这与2D峰随应变变化产生峰劈裂的演化机制是不同的。

图3石墨烯声子色散图         图4 声子组合频移与应变关系图

     通过对石墨烯声子谱随应变变化的情况进行第一性原理计算发现，将石墨烯沿AC和ZZ方向进行单轴拉伸得到的应变-峰移关系函数与第一种猜想，即动量不为零的LA和iTO声子模式的计算结果非常接近，而与而与附加的iTO和频模式区别较大，由此证实了G *峰确实仅源自动量不为零的 LA和iTO声子组合的双共振散射过程，并且没有涉及动量为零的 iTO声子和频。

     这些结果为G*峰有争议的声子散射过程提供了新的见解，有助于完善石墨材料的拉曼理论，并且提供了一种用力学方法解决物理学未决问题的范例。