مخروط دیراک

مخروط های دیراک که به نام پل دیراک نامگذاری شده اند، ویژگی هایی هستند که در برخی نظریه نواری الکترونیکی رخ می دهند که ویژگی های غیرعادی انتقال الکترون موادی مانند گرافین و عایق های توپولوژیکی را توصیف می کنند. [ ۱] [ ۲] [ ۳] در این مواد، در انرژی های نزدیک به سطح فرمی ، نوار ظرفیت و نوار رسانایی شکل نیمه های بالایی و پایینی یک سطح مخروطی شکل را به خود می گیرند و در نقاطی به نام نقاط دیراک به هم می رسند.
نمونه های معمول عبارتند از گرافین ، عایق های توپولوژیک ، لایه های نازک آنتیموان بیسموت و برخی دیگر از نانومواد جدید، [ ۱] [ ۴] [ ۵] که در آنها انرژی و تکانه الکترونیکی یک رابطه پراکندگی خطی دارند به طوری که ساختار نوار الکترونیکی نزدیک به سطح فرمی شکل یک سطح مخروطی بالایی برای الکترون ها و یک سطح مخروطی پایینی برای حفره ها می گیرد. دو سطح مخروطی شکل یکدیگر را لمس می کنند و یک نیمه هادی با نوار ممنوعه صفر را تشکیل می دهند.
نام مخروط دیراک از معادله دیراک گرفته شده است که می تواند ذرات نسبیتی را در مکانیک کوانتومی که توسط پل دیراک پیشنهاد شده است توصیف کند. مخروط های همسانگرد دیراک در گرافن برای اولین بار توسط پی آر والاس در سال 1947 پیش بینی شد [ ۶] و به طور تجربی توسط برندگان جایزه نوبل [ ۷] آندره گایم و کنستانتین نووسلف در سال 2005 مشاهده شد.
در مکانیک کوانتومی ، مخروط های دیراک نوعی نقطه عبور هستند که الکترون ها از آن اجتناب می کنند ، [ ۸] که در آن انرژی باندهای ظرفیت و رسانش در هیچ نقطه ای در فضای شبکه دو بعدی k برابر نیست، به جز در نقاط صفر بعدی دیراک. به عنوان یک نتیجه از مخروط ها، هدایت الکتریکی را می توان با حرکت حامل های بار که فرمیون های بدون جرم هستند، توصیف کرد، وضعیتی که از نظر تئوری با معادله نسبیتی دیراک کنترل می شود. [ ۹] فرمیون های بدون جرم منجر به اثرات هال کوانتومی مختلف، اثرات مگنوالکتریک در مواد توپولوژیکی و تحرک پذیری بالای حامل های بار می شوند. [ ۱۰] [ ۱۱] مخروط های دیراک در سال های ۲۰۰۸ - ۲۰۰۹، با استفاده از طیف سنجی انتشار نوری با تفکیک زاویه ای ( ARPES ) روی ترکیب میان لایشی پتاسیم - گرافیت KC 8 [ ۱۲] و بر روی چندین آلیاژ مبتنی بر بیسموت مشاهده شدند. [ ۱۳] [ ۱۴] [ ۱۱]