Infrared spectra of graphene deposited on a silicon oxide substrate suggest that many-body effects have a more significant role in determining its electronic behaviour than in free-standing graphene A remarkable manifestation of the quantum character of electrons in matter is offered by graphene, a single atomic layer of graphite. Unlike conventional solids where electrons are described with the Schrödinger equation, electronic excitations in graphene are governed by the Dirac hamiltonian1. Some of the intriguing electronic properties of graphene, such as massless Dirac quasiparticles with linear energy–momentum dispersion, have been confirmed by recent observations2,3,4,5. Here, we report an infrared spectromicroscopy study of charge dynamics in graphene integrated in gated devices. Our measurements verify the expected characteristics of graphene and, owing to the previously unattainable accuracy of infrared experiments, also uncover significant departures of the quasiparticle dynamics from predictions made for Dirac fermions in idealized, free-standing graphene. Several observations reported here indicate the relevance of many-body interactions to the electromagnetic response of graphene.

We present an experimental study of the infrared conductivity, transmission, and reflection of a gated bilayer graphene and their theoretical analysis within the Slonczewski-Weiss-McClure (SWMc) model. The infrared response is shown to be governed by the interplay of the interband and the intraband transitions among the four bands of the bilayer. The position of the main conductivity peak at the charge neutrality point is determined by the interlayer tunneling frequency. The shift of this peak as a function of the gate voltage gives information about less known parameters of the SWMc model, in particular, those responsible for the electron-hole and sublattice asymmetries. These parameter values are shown to be consistent with recent electronic structure calculations for the bilayer graphene and the SWMc parameters commonly used for the bulk graphite.

Tailormade bottom-up synthesis of covalent organic frameworks (COFs) from various functional building blocks offer not only tunable topology and pore size but also multidimensional properties. High crystallinity is one of the prerequisites for their structures and associated physicochemical properties. Among different π-conjugated motifs for constructing COFs, pyrene-based tetragonal structures are effective in achieving highly ordered and crystalline states. In the present research, we demonstrated that the substitution of pyrene with 2,7-diazapyrene produces nearly "flat" structures of two-dimensional (2D) COF layers by controlling the torsional angle of linker molecules. Featuring finite pore diameters and excellent thermodynamic stability of ∼500 °C, ordered face-to-face (slipped AA) stacking arrangements were produced. Extended electrical conjugation spanning 2D frames with modest optical bandgaps (Eg) of ∼2.1 eV shows the planar character of diazapyrene-based COFs. The stacking of the conjugated 2D frames with small Eg values is also beneficial for the formation of highly stable conducting pathways in the crystalline state, which was confirmed by the results of the microwave conductivity measurements. Nitrogen centers in diazapyrene units also play a key role as the active sites for proton transfer, and the maximum proton conductivity of σ = 10–2 S cm–1 was achieved along the cocontinuous nanopore structures surrounded by the active sites. Results show that tetragonal COFs based on diazapyrene can be used as a highly crystalline two-dimensional material with special electrical and proton-conducting capabilities.