二维狄拉克材料图

本头像指的是稀有的二维狄拉克材料（含狄拉克锥的二维材料）。

石墨烯（Graphene）是具有蜂窝状原子结构和单层原子厚度的二维碳材料。它的发现不仅打破了长久以来二维晶体无法在自然界中稳定存在的预言，其自身的优异性质也使得石墨烯在基础和应用研究中都极具潜力。尤其是狄拉克锥（Dirac cone）的存在赋予了石墨烯许多新奇的物理现象和电子性质，例如半整数、分数和分形量子霍尔效应，超高迁移率等。

石墨烯的研究打开了发掘更多二维材料的大门。到目前为止，已有上百种二维材料被人们所发现，这包括了第四主族单质，第三和第五主族构成的二元化合物，金属硫族化合物，复合氧化物，等等。但这其中只有石墨烯、硅烯（Silicene）、锗烯（Germanene）、部分石墨炔（Graphynes）、以及其他少量体系被认为可能具有狄拉克锥。

狄拉克锥不是石墨烯的专属。所谓狄拉克锥是指一种独特的能带结构，其能带在分离填充和未填充电子的费米能级处呈上下对顶的圆锥形。由于这种能带结构满足描述相对论粒子能量-动量关系的狄拉克方程，因此被称为狄拉克锥。这种能带描述的电子，是一种静止质量为零的粒子，其行为类似于光子。研究发现，具有狄拉克锥能带结构的材料，具有许多优异的物理性质，比如非常高的载流子迁移率和反常量子霍尔效应等。到目前为止，已有上百种二维材料被人们所发现，这包括：第四主族单质、第三和第五主族构成的二元化合物、金属硫族化合物、复合氧化物等等。但这其中只有石墨烯、硅烯（Silicene）、锗烯（Germanene）、部分石墨炔（Graphynes）、以及其他少量体系被认为可能具有狄拉克锥。虽然，狄拉克锥在石墨烯和硅烯等二维纳米材料中相继被发现。但只有石墨烯中的狄拉克锥真正地被实验所证实。

狄拉克锥与反常量子霍尔效应和高载流子迁移率等优异的物理性质有关。硅版的石墨烯—硅烯 (Silicene)也具有狄拉克锥特征。然而，人们发现由碳和硅交替混合形成的碳硅烯 (Silagraphene)，是具有 3.8 eV带隙的半导体。难道碳硅烯（C/Si

1:1）真的没有狄拉克锥吗？中国科学家刘轶教授等人在Multiple

Dirac Points and Hydrogenation-Induced Magnetism of Germanene Layer on Al (111)

Surface文献中结合密度泛函和紧束缚近似理论，首次阐明了碳硅烯体系狄拉克锥的形成与Si-Si成键态和 C-C反键态的耦合有关，据此提出了“原子对耦合”机制以及判断狄拉克锥是否形成的定量判据。基于该判据，人们可以在计算单元系和简单交替的二元系基础上，对二维二元狄拉克系统进行理论预测。该方法被成功用于预测 SiC、GeC和GeSi二元系也同样具有狄拉克锥，但是 BN二元系却没有。该研究解密碳硅烯狄拉克锥成因，证明通过同素异形转变，可以获得二元狄拉克费米体系。

头像中圆环中间是狄拉克锥，狄拉克锥可看作是特殊的能带结构。由能带理论可知，满带中的电子不导电，不满能带中的电子才对导电有贡献；导体的能带中一定有不满带，绝缘体中不是满带就是空带；最高的满带称为价带，最低的空带称为导带，价带最高能级（价带顶）与导带最低能级（导带底）之间的能量范围称为带隙，则带隙宽度大的为绝缘体，带隙宽度小的为半导体。圆环最外端展示的是各个元素的布拉菲点阵（晶体的内部结构由一些相同的点子在空间中周期性无限分布所构成的阵列；二维布拉菲点阵有5种，分别是平行四边形，正方形，菱形，矩形，加心矩形；三维布拉菲点阵有14种），环中的元素为过渡元素，稀有元素。问号表示还会有元素加入到稀有的二维狄拉克材料的家族。