一、 背景介紹

堆垛是二維層狀材料一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)自由度，在對(duì)稱性破缺和各種新奇的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)以及拓?fù)洮F(xiàn)象等方面發(fā)揮著重要作用。近年來，三層石墨烯引發(fā)了研究人員的廣泛關(guān)注。通常，三層石墨烯可呈現(xiàn)出兩種不同的堆垛幾何構(gòu)型：菱面體（ABC）堆垛和Bernel（ABA）堆垛。其中，ABC堆垛表現(xiàn)為原子層沿同一方向逐層偏移，其低能帶色散顯著區(qū)別于ABA構(gòu)型，并展現(xiàn)出強(qiáng)電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)，成為探索超導(dǎo)態(tài)、量子反?；魻栃?yīng)、拓?fù)浣^緣體等關(guān)聯(lián)量子現(xiàn)象的理想平臺(tái)，被譽(yù)為“強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理的沙盒系統(tǒng)”?；贏BC堆垛的強(qiáng)關(guān)聯(lián)特性，其在高溫超導(dǎo)器件、拓?fù)淞孔佑?jì)算芯片等下一代電子學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出顛覆性潛力。然而，其能量亞穩(wěn)態(tài)易在制備中弛豫為ABA結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)識(shí)別與定位ABC區(qū)域成為器件性能突破的核心瓶頸。

圖 1三層石墨烯中兩種不同的堆垛構(gòu)型：ABC堆垛和ABA堆垛

（原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46129-7）

二、 研究文獻(xiàn)

目前，制造適用于輸運(yùn)測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)ABC堆垛石墨烯器件仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：其一，ABC堆垛作為能量亞穩(wěn)態(tài)，在器件制備過程中極易弛豫至熱力學(xué)穩(wěn)定的低能ABA構(gòu)型；其二，傳統(tǒng)表征技術(shù)（如掃描拉曼光譜顯微鏡、近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡及開爾文探針顯微鏡）依賴逐點(diǎn)掃描模式，效率低下且難以滿足高通量制備需求。近期，有研究表明ABC堆疊區(qū)域與ABA堆疊區(qū)域在近紅外（1200-1600nm）波段有高達(dá)（15~40%）的反射對(duì)比度，采用近紅外顯微成像可以快速、無損、高分辨地實(shí)現(xiàn)堆疊方式識(shí)別，并可實(shí)現(xiàn)在線原位監(jiān)測(cè)。

圖 2（a） 紅外成像系統(tǒng)示意圖。（b） 石墨烯從三層到七層的光學(xué)圖像。比例尺為 6 μm。（c） 該石墨烯薄片的紅外圖像。（d） 相同石墨烯薄片的拉曼FWHM峰寬掃描成像和拉曼光譜。（e） ABA 和ABC 石墨烯不同層的紅外圖像對(duì)比度差異。

（原文鏈接:https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.23.034012）

三、 實(shí)驗(yàn)案例

應(yīng)用戶需求，尤譜光電采用濱松C12741-03 InGaAs近紅外相機(jī)及顯微鏡構(gòu)建了近紅外成像系統(tǒng)（圖3）并進(jìn)行了石墨烯近紅外成像演示實(shí)驗(yàn)。圖4顯示了測(cè)試結(jié)果。從圖中可以觀察到不同區(qū)域的亮度不同，即可迅速分辨ABC堆垛和ABA堆垛。

圖 3顯微近紅外成像系統(tǒng)

圖 4 三層石墨烯顯微紅外圖像 ，ABC堆垛（紅圈），ABA堆垛（黃圈）

四、 相關(guān)產(chǎn)品

相對(duì)于可見光成像，除了提供獨(dú)特的近紅外反射/透射對(duì)比度意外，近紅外光還具備低散射的特征，可以深入樣品內(nèi)部進(jìn)行成像。上述石墨烯堆疊分辨分層成像既是典型的示例；同時(shí)，近紅外成像還廣泛用于農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)、有機(jī)物檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)等領(lǐng)域。

濱松光子提供三款規(guī)格的近紅外相機(jī)以滿足不同的應(yīng)用需求。