MIR100近红外成像区别多层石墨烯堆垛

一、背景介绍

堆垛构型是二维层状材料中一个奇特的结构自由度，在对称性破缺以及多种新奇的电学、光学、磁学和拓扑现象中发挥着关键作用。近年来，三层石墨烯受到研发人员的广泛关注。通常，三层石墨烯可呈现两种不同的堆垛几何构型：菱面体（ABC）堆垛和伯纳尔（ABA）堆垛。其中，ABC堆垛表现为原子层沿同一方向逐层偏移，其低能带色散明显区别于ABA构型，并展现出强电子关联效应，成为探索超导态、量子反常霍尔效应、拓扑绝缘体等关联量子现象的理想平台，被誉为“强关联物理的沙盒系统”。基于ABC堆垛的强关联特性，其在高温超导器件、拓扑量子计算芯片等下一代电子学领域展现出颠覆性潜力。然而，由于ABC堆垛处于能量亚稳态，在制备过程中容易弛豫为热力学更稳定的ABA结构，因此识别与定位ABC区域成为器件性能突破的核心瓶颈。

图1三层石墨烯中两种不同的堆垛构型：ABC堆垛和ABA堆垛

（原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46129-7）

二、研究文献目前，制备适用于输运测量的标准ABC堆垛石墨烯器件仍面临严峻挑战：一方面，ABC堆垛作为能量亚稳态，在器件加工过程中极易弛豫为低能ABA构型；另一方面，传统表征技术如扫描拉曼光谱、近场光学显微镜及开尔文探针力显微镜等，多依赖逐点扫描模式，效率较低，难以满足高通量制备的需求。近期研究表明，ABC与ABA堆垛区域在近红外波段（1200–1600 nm）具有高达15%~40%的反射对比度，利用近红外显微成像技术能够快速、无损、高分辨地识别堆叠方式，并实现在线原位监测。

图2（a）红外成像系统示意图。（b石墨烯从三层到七层的光学图像。比例尺为6μm。（c）该石墨烯薄片的红外图像。（d）相同石墨烯薄片的拉曼FWHM峰宽扫描成像和拉曼光谱。（e）ABA和ABC石墨烯不同层的红外图像对比度差异。

（原文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.23.034012）

三、实验案例应用户需求，苏州卡斯图采用MIR100近红外显微镜构建了近红外成像系统（图3）并进行了石墨烯近红外成像演示实验。图4显示了测试结果。从图中可以观察到不同区域的亮度不同，即可迅速分辨ABC堆垛和ABA堆垛。

图4三层石墨烯显微红外图像，ABC堆垛（红圈），ABA堆垛（黄圈）

四、相关产品

相对于可见光成像，除了提供近红外反射/透射对比度以外，近红外光还具备低散射的特征，可以深入样品内部进行成像。上述石墨烯堆叠分辨分层成像既是典型的示例；同时，近红外成像还广泛用于农产品检测、半导体检测等领域。

苏州卡斯图提供三款规格的近红外显微镜以满足不同的应用需求。

近红外显微技术凭借其快速、无损和高对比度的优势，已成为二维材料（如石墨烯堆垛结构）鉴定的关键技术，为相关基础研究和产业应用提供了强大的原位分析能力。

在这一技术前沿，苏州卡斯图电子有限公司作为一家专业致力于近红外显微成像系统研发与生产的企业，成功推出了覆盖不同通量与分辨率需求的MIR系列近红外显微镜，为科研与工业用户提供了完整的解决方案：

MIR100系列作为基础型号，是进行常规快速检测和高性价比筛查的理想选择。它能够满足大多数石墨烯层数与堆垛识别的基本需求，为实验室质量控制和大面积样品初筛提供了可靠工具。

MIR400系列作为旗舰型号，在成像速度、分辨率和化学分析功能上实现了全面优化。它特别适用于复杂的研发场景，不仅能定位ABC/ABA堆垛区域，更能进行深入的缺陷分析和掺杂水平评估，是推动材料创新的得力助手。

MIR800系列则代表了高通量自动化的工业级标准。该型号专为大规模生产线设计，具备全自动扫描、智能分析和无缝集成能力，能够实现对石墨烯薄膜等材料的在线无损检验，契合未来电子器件制造产业对效率和一致性的严苛要求。

苏州卡斯图电子有限公司凭借其深厚的技术积累和完整的产品矩阵，正持续为石墨烯、半导体新材料及新能源等战略新兴领域提供强大的分析工具，助力中国材料科技从研发到产业的跨越式发展。