2015-12-17
狄拉克锥不是石墨烯的专属，所谓「狄拉克锥，Dirac cone」是指一种独特的能带结构，其能带在分离填充和未填充电子的费米能级处呈上下对顶的圆锥形。由于这种能带结构满足描述相对论粒子能量-动量关系的狄拉克方程，因此被称为狄拉克锥。这种能带描述的电子，是一种静止质量为零的粒子，其行为类似于光子。研究发现，具有狄拉克锥能带结构的材料，具有许多优异的物理性质，比如非常高的载流子迁移率和反常量子霍尔效应等。
到目前为止，已有上百种二维材料被人们所发现，这包括：第四主族单质、第三和第五主族构成的二元化合物、金属硫族化合物、复合氧化物等等。但这其中只有石墨烯、硅烯silicene、锗烯germanene、部分石墨炔graphynes，以及其他少量体系被认为可能具有狄拉克锥。虽然，狄拉克锥在石墨烯和硅烯等二维纳米材料中相继被发现，但只有石墨烯中的狄拉克锥真正地被实验所证实。
2015 年 3 月《The Rare Two-Dimensional Materials with Dirac Cones》这篇文献重点介绍这些二维狄拉克材料的结构和电子性质，阐述狄拉克点的产生、移动和消失过程，并采用相关理论解释二维狄拉克体系的稀少性，提出狄拉克锥的存在对体系的对称性、参数、费米能级和能带耦合的严格限制，为寻找新型二维狄拉克材料提供方向。在此同时，刘轶教授等人通过密度泛函理论和紧束缚近似计算，发现了两种具有狄拉克锥的碳硅烯结构，
并进一步讨论了狄拉克锥的起源：为什么狄拉克锥会出现？狄拉克锥的位置在哪里？密度泛函和紧束缚近似的联合研究给出了关于狄拉克锥的成因、位置和形状的物理解释。
狄拉克锥与反常量子霍尔效应和高载流子迁移率等优异的物理性质有关。硅版的石墨烯—「硅烯 ，silicene」也具有狄拉克锥特征。然而，人们发现由碳和硅交替混合形成的「碳硅烯 ，silagraphene」，是具有 3.8eV 带隙的半导体。难道碳硅烯（C╱Si＝1：1）真的没有狄拉克锥吗？刘轶教授等人在《Multiple Dirac Points and Hydrogenation-Induced Magnetism of Germanene Layer on Al (111) Surface》文献中结合密度泛函和紧束缚近似理论，首次阐明了碳硅烯体系狄拉克锥的形成与 Si-Si 成键态和 C-C 反键态的耦合有关，据此提出了「原子对耦合」机制以及判断狄拉克锥是否形成的定量判据。
基于该判据，人们可以在计算单元系和简单交替的二元系基础上，对二维二元狄拉克系统进行理论预测。该方法被成功用于预测 SiC、GeC 和 GeSi 二元系也同样具有狄拉克锥，但是 BN 二元系却没有。该研究解密碳硅烯狄拉克锥成因，证明通过同素异形转变，可以获得二元狄拉克费米体系。
