Физики предложили дизайн трехмерных аналогов графена

Физики из США теоретически описали ряд кристаллических веществ, которые обладают электронными свойствами, похожими на графен, но при этом могут быть лишены его недостатков. Работа опубликована в Physical Review Letters, а препринт выложен на arXiv.org.
Авторы рассматривали несколько материалов, в которых возникают необычные двумерные электронные состояния: конусы Дирака. Они названы так, благодаря характерной форме зависимости энергии электронных состояний от импульса.


Физики хотели, чтобы материалы отличались от графена тем, что в точке соприкосновения двух конусов (точке Дирака) не возникало бы запрещенной зоны. Ученые предположили, что ее можно устранить благодаря искажениям в кристаллической решетке, приводящим к нарушению симметрии.
Тем не менее, оказалось, что в такой системе невозможно получить полностью проводящее состояние, в котором бы возникали одиночные точки Дирака (причиной опять является симметрия). Однако, такие материалы могут быть топологическими изоляторами или фазами Вейля. Первые характерны тем, что имеют проводящую поверхность, но остаются изоляторами в объеме, а во вторых возникают проводящие квазичастицы, которые ведут себя так, как будто они не имеют массы.
Из-за необычных свойств графену прочат большое будущее в области электроники. Например, электроны, находящиеся в точках Дирака, должны обладать колоссальной проводимостью. Однако по ряду причин (например, из-за спин-орбитального взаимодействия) такие состояния до сих пор не удалось реализовать. Этим обусловлен поиск других материалов, в которых бы удалось реализовать все положительные черты графена и устранить его недостатки.