Stożek Diraca

Elektroniczna struktura pasmowa jednowarstwowego grafenu , z powiększoną wstawką pokazującą stożki Diraca. Istnieje 6 stożków odpowiadających 6 wierzchołkom sześciokątnej pierwszej strefy Brillouina.

Pochylone stożki Diraca w przestrzeni pędu. Od lewej do prawej nachylenie wzrasta, od braku przechyłu w pierwszym stożku do przechylenia w ostatnim. Trzy pierwsze to półmetale Weyla typu I, ostatni to półmetale Weyla typu II.

Stożki Diraca , nazwane na cześć Paula Diraca , to cechy występujące w niektórych elektronowych strukturach pasmowych , które opisują niezwykłe właściwości materiałów takich jak grafen i izolatory topologiczne w zakresie transportu elektronów . W tych materiałach, przy energiach bliskich poziomowi Fermiego , pasmo walencyjne i pasmo przewodnictwa przybierają kształt górnej i dolnej połowy powierzchni stożkowej , stykając się w tak zwanych punktach Diraca .

Opis

W mechanice kwantowej stożki Diraca są rodzajem punktu przecięcia, którego elektrony unikają , gdzie energia pasm walencyjnych i przewodnictwa nie jest równa nigdzie w dwuwymiarowej sieci k -przestrzeni , z wyjątkiem zerowymiarowych punktów Diraca. Dzięki czopkom przewodnictwo elektryczne można opisać ruchem nośników ładunku , którymi są bezmasowe fermiony , co teoretycznie opisuje relatywistyczne równanie Diraca . Bezmasowe fermiony prowadzą do różnych kwantowych efektów Halla , efektów magnetoelektrycznych w materiałach topologicznych i ultra wysokiej ruchliwości nośników . W latach 2008-2009 obserwowano stożki Diraca za pomocą kątowej spektroskopii fotoemisyjnej (ARPES) na interkalacyjnym związku potasowo-grafitowym KC ₈ . oraz na kilku stopach na bazie bizmutu.

Jako obiekt trójwymiarowy, stożki Diraca są cechą materiałów dwuwymiarowych lub stanów powierzchniowych, opartą na liniowej zależności dyspersyjnej między energią a dwoma składowymi pędu kryształu k _x i k _y . Jednak tę koncepcję można rozszerzyć na trzy wymiary, w których półmetale Diraca są zdefiniowane przez liniową zależność dyspersji między energią a k _x , k _y i k _z . W k -przestrzeni pojawia się to jako hiperstożek , który ma podwójnie zdegenerowane pasma, które również spotykają się w punktach Diraca. Półmetale Diraca zawierają zarówno symetrię odwrócenia czasu, jak i przestrzenną inwersję; kiedy jeden z nich jest uszkodzony, punkty Diraca są podzielone na dwa składowe punkty Weyla , a materiał staje się półmetalem Weyla. W 2014 roku przeprowadzono bezpośrednią obserwację struktury półmetalicznego pasma Diraca za pomocą ARPES na półmetalicznym arsenku kadmu Diraca .

Systemy analogowe

Punkty Diraca zostały zrealizowane w wielu obszarach fizycznych, takich jak plazmonika , fononika czy nanofotonika (mikrownęki, kryształy fotoniczne).

Zobacz też

• Sprawa Diraca

Dalsza lektura

•   Wehling, TO; Black-Schaffer, AM; Bałacki, AV (2014). „Materiały Diraca”. Postępy w fizyce . 63 (1): 1. arXiv : 1405.5774 . Bibcode : 2014AdPhy..63....1W . doi : 10.1080/00018732.2014.927109 . S2CID 118557449 .

• Johnston, Hamish (23 lipca 2015). „Wreszcie zauważono fermiony Weyla” . Świat Fizyki . Źródło 22 listopada 2018 r .

•    Ciudad, David (20 sierpnia 2015). „Bezmasowy, ale prawdziwy” . Materiały natury . 14 (9): 863. doi : 10.1038/nmat4411 . ISSN 1476-1122 . PMID 26288972 .

• Vishwanath, Ashvin (8 września 2015). „Gdzie są rzeczy Weyl” . Fizyka . 8 . doi : 10.1103/Fizyka.8.84 . Źródło 22 listopada 2018 r .

•    Jia, Shuang; Xu, Su-Yang; Hasan, M. Zahid (25 października 2016). „Półmetale Weyla, łuki Fermiego i anomalia chiralna” . Materiały natury . 15 (11): 1140–1144. ar Xiv : 1612.00416 . Bibcode : 2016NatMa..15.1140J . doi : 10.1038/nmat4787 . PMID 27777402 . S2CID 1115349 .

•   Hasan, MZ; Xu, S.-Y.; Neupane, M. (2015). „Rozdział 4: Izolatory topologiczne, topologiczne półmetale Diraca, topologiczne izolatory krystaliczne i topologiczne izolatory Kondo”. W Ortmann, Frank; Roche, Stephan; Valenzuela, Sergio O. (red.). Izolatory topologiczne: podstawy i perspektywy . Wileya. s. 55–100. ar Xiv : 1406.1040 . Bibcode : 2014arXiv1406.1040Z . ISBN 978-3-527-33702-6 .