Grafeno una hoja de panal bidimensional (2D) compuesta de átomos de carbono, ha atraído un gran interés en todo el mundo debido a sus propiedades excepcionales y sus perspectivas prometedoras tanto en la ciencia básica como en la aplicada. El gran desarrollo del grafeno está estrechamente relacionado con la estructura electrónica única, es decir, Conos de Dirac. El cono que representa la dispersión de energía lineal a nivel de Fermi da fermiones sin masa de grafeno, conduciendo a varios efectos de Hall cuánticos, movilidad de portador ultra alta, y muchos otros fenómenos y propiedades novedosos.

El cono de Dirac es especial, pero puede que no sea exclusivo del grafeno. Recientemente, se ha predicho que cada vez más materiales 2D poseen conos de Dirac, como el silicene y germanene (silicio y germanio similares al grafeno, respectivamente), varios grafinos (alótropos de carbono sp-sp2), etcétera. Pero estos sistemas Dirac 2D son tan raros en comparación con los numerosos materiales 2D. Se necesita un conocimiento profundo de todos los sistemas Dirac 2D conocidos y una estrategia para buscar otros nuevos.

Un nuevo artículo publicado en Revista Nacional de Ciencias presentó los avances recientes en los estudios teóricos de varios materiales de Dirac 2D.

En este papel, las propiedades estructurales y electrónicas del grafeno, silicene, germanene, grafinos, varios alótropos de boro y carbono, óxidos de metales de transición, cristales orgánicos y organometálicos, cuadrado MoS2, y se resumieron las redes artificiales (gases de electrones y átomos ultrafríos). Como dijo el autor, "la mayoría de los materiales de Dirac tienen simetría de inversión espacial", “Muchos de ellos son bipartitos y están compuestos por un solo elemento”, y "la estructura de panal hexagonal es común en los materiales atómicos de Dirac". Dado que "la estructura del cono de Dirac proporciona fermiones sin masa de grafeno, conduciendo a efectos Hall cuánticos de medio entero / fractal / fractal, movilidad de portador ultra alta ", Se predijo que otros sistemas Dirac 2D tendrían propiedades similares, y algunos incluso poseen nueva física más allá del grafeno.

Basado en las discusiones anteriores, los autores investigaron más a fondo cómo los puntos de Dirac se mueven y se fusionan en estos sistemas. Mencionaron que la deformación puede mover el punto de Dirac a una nueva ubicación k (recíproca). Pero "cuando dos puntos de Dirac con fases de Berry opuestas se mueven en el espacio k bajo cualquier perturbación y llegan al mismo punto, se fusionan y sus fases Berry se aniquilan entre sí ". Además, Se aplicó el teorema de von Neumann-Wigner para explicar la escasez de sistemas Dirac 2D. Luego se dedujeron los requisitos rigurosos para que un sistema 2D logre los conos de Dirac, que está relacionado con la simetría, parámetros, Nivel de Fermi, y superposición de bandas.

Este artículo señaló que "los conos de Dirac no son solo la dispersión de energía lineal alrededor de puntos discretos, sino también singularidades en el espectro de los hamiltonianos y están topológicamente protegidos". Los autores señalaron "Mirando hacia el futuro, creemos que se descubrirán cada vez más materiales Dirac 2D, y un conocimiento profundo de las condiciones existentes de los conos de Dirac es de gran ayuda en la búsqueda / diseño de nuevos sistemas ".