Физики предложили дизайн трехмерных аналогов графена

Материалы на основе висмута (на снимке) лежат в основе многих полуметаллов Дирака, демонстрирующих необычные электронные свойства.

Фотография: Alchemist-hp / Wikimedia Commons

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.