مخروط دیراک

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
Brillouin zone in graphene
ساختار نواری الکترونیکی گرافین تک لایه، با یک قسمت بزرگنمایی شده که مخروط‌های دیراک را نشان می دهد. 6 عدد مخروط مربوط به 6 رئوس شش ضلعی ناحیه اول بریلوین وجود دارد .

مخروط‌های دیراک که به نام پل دیراک نامگذاری شده‌اند، ویژگی‌هایی هستند که در برخی نظریه نواری الکترونیکی رخ می‌دهند که ویژگی‌های غیرعادی انتقال الکترون موادی مانند گرافین و عایق‌های توپولوژیکی را توصیف می‌کنند. [۱] [۲] [۳] در این مواد، در انرژی‌های نزدیک به سطح فرمی ، نوار ظرفیت و نوار رسانایی شکل نیمه‌های بالایی و پایینی یک سطح مخروطی شکل را به خود می‌گیرند و در نقاطی به نام نقاط دیراک به هم می‌رسند.

نمونه‌های معمول عبارتند از گرافین ، عایق‌های توپولوژیک ، لایه‌های نازک آنتیموان بیسموت و برخی دیگر از نانومواد جدید،[۱] [۴] [۵] که در آنها انرژی و تکانه الکترونیکی یک رابطه پراکندگی خطی دارند به طوری که ساختار نوار الکترونیکی نزدیک به سطح فرمی شکل یک سطح مخروطی بالایی برای الکترون ها و یک سطح مخروطی پایینی برای حفره‌ها می‌گیرد. دو سطح مخروطی شکل یکدیگر را لمس می کنند و یک نیمه هادی با نوار ممنوعه صفر را تشکیل می دهند.

نام مخروط دیراک از معادله دیراک گرفته شده است که می تواند ذرات نسبیتی را در مکانیک کوانتومی که توسط پل دیراک پیشنهاد شده است توصیف کند. مخروط های همسانگرد دیراک در گرافن برای اولین بار توسط پی آر والاس در سال 1947 پیش بینی شد [۶] و به طور تجربی توسط برندگان جایزه نوبل [۷] آندره گایم و کنستانتین نووسلف در سال 2005 مشاهده شد.

شرح[ویرایش]

مخروط های دیراک کج شده در فضای تکانه. از چپ به راست، شیب افزایش می یابد، از عدم شیب در اولین مخروط به شیب بیش از حد در آخرین. سه مورد اول نیمه‌رسانا نوع اول و آخرین نیمه رسانا نوع دوم هستند.

در مکانیک کوانتومی ، مخروط‌های دیراک نوعی نقطه عبور هستند که الکترون‌ها از آن اجتناب می‌کنند ، [۸] که در آن انرژی باندهای ظرفیت و رسانش در هیچ نقطه‌ای در فضای شبکه دو بعدی k برابر نیست، به جز در نقاط صفر بعدی دیراک. به عنوان یک نتیجه از مخروط ها، هدایت الکتریکی را می توان با حرکت حامل های بار که فرمیون های بدون جرم هستند، توصیف کرد، وضعیتی که از نظر تئوری با معادله نسبیتی دیراک کنترل می شود. [۹] فرمیون‌های بدون جرم منجر به اثرات هال کوانتومی مختلف، اثرات مگنوالکتریک در مواد توپولوژیکی و تحرک‌پذیری بالای حامل‌های بار می‌شوند. [۱۰] [۱۱] مخروط‌های دیراک در سال‌های ۲۰۰۸-۲۰۰۹، با استفاده از طیف‌سنجی انتشار نوری با تفکیک زاویه‌ای (ARPES) روی ترکیب میان‌لایشی پتاسیم-گرافیت KC 8 [۱۲] و بر روی چندین آلیاژ مبتنی بر بیسموت مشاهده شدند. [۱۳] [۱۴] [۱۱]

مخروط‌های دیراک به‌عنوان یک مفهوم سه‌بعدی، مشخصه‌ای از مواد دو بعدی یا حالت‌های سطحی هستند که بر اساس یک رابطه پراکندگی خطی بین انرژی و دو جزء تکانه کریستالی xk و yk است . با این حال، این مفهوم را می توان به سه بعد گسترش داد،که در آن نیمه فلزات دیراک با یک رابطه پراکندگی خطی بین انرژی و zk و ky ، و xk تعریف می شوند. در فضای k ، این به عنوان یک ابر مخروط نشان داده می شود که دارای نوارهای تبهگنی دوگانه است که در نقاط دیراک به هم می رسند. </ref> [۱۴] [۱۱]

</ref> نیمه فلزات دیراک دارای برگشت پذیری زمانی و تقارن وارونگی فضایی با هم هستند. هنگامی که یکی از این ها شکسته می شود، نقاط دیراک به دو نقطه تشکیل دهنده ویل تقسیم می شود و ماده به یک نیمه فلز ویل تبدیل می شود. [۱۵] [۱۶] [۱۷] [۱۸] [۱۹] [۲۰] [۲۱] [۲۲] [۲۳] [۲۴] [۲۵] در سال 2014، مشاهده مستقیم ساختار نوار نیمه فلزی دیراک با استفاده از ARPES بر روی نیمه فلزی دیراک کادمیوم آرسنید انجام شد. [۲۶] [۲۷] [۲۸]

سیستم های آنالوگ[ویرایش]

نقاط دیراک در بسیاری از حوزه‌های فیزیکی مانند پلاسمون ، فونون ، یا نانوفتونیک (ریزحفره‌ها، [۲۹] بلورهای فوتونی [۳۰] ) تحقیق شده است.

همچنین ببینید[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. ↑ ۱٫۰ ۱٫۱ Novoselov, K.S.; Geim, A.K. (2007). "The rise of graphene". Nature Materials. 6 (3): 183–191. Bibcode:2007NatMa...6..183G. doi:10.1038/nmat1849. PMID 17330084.
  2. ↑ Hasan, M.Z.; Kane, C.L. (2010). "Topological Insulators". Rev. Mod. Phys. 82 (4): 3045. arXiv:1002.3895. Bibcode:2010RvMP...82.3045H. doi:10.1103/revmodphys.82.3045.
  3. ↑ "Superconductors: Dirac cones come in pairs". wpi-aimr.tohoku.ac.jp. Research Highlights (به انگلیسی). Tohoku University. 29 Aug 2011. Retrieved 2 Mar 2018.
  4. ↑ Dirac cones could exist in bismuth–antimony films. Physics World, Institute of Physics, 17 April 2012.
  5. ↑ Hsieh, David (2008). "A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase". Nature. 452 (7190): 970–974. Bibcode:2008Natur.452..970H. doi:10.1038/nature06843. PMID 18432240. Archived from the original on 22 August 2023. Retrieved 22 August 2023.
  6. ↑ Wallace, P. R. (1947). "The Band Theory of Graphite". Physical Review. 71 (9): 622–634. Bibcode:1947PhRv...71..622W. doi:10.1103/PhysRev.71.622.
  7. ↑ The Nobel Prize in Physics 2010 Press Release. Nobelprize.org, 5 October 2010. Retrieved 2011-12-31.
  8. ↑ Fuchs, Jean-Noël; Lim, Lih-King; Montambaux, Gilles (2012). "Interband tunneling near the merging transition of Dirac cones" (PDF). Physical Review A. 86 (6): 063613. arXiv:1210.3703. Bibcode:2012PhRvA..86f3613F. doi:10.1103/PhysRevA.86.063613. Archived from the original (PDF) on 21 January 2023. Retrieved 22 August 2023.
  9. ↑ Novoselov, K.S.; Geim, A.K.; Morozov, S.V.; Jiang, D.; Katsnelson, M.I.; Grigorieva, I.V.; Dubonos, S.V.; Firsov, A.A. (10 Nov 2005). "Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene". Nature. 438 (7065): 197–200. arXiv:cond-mat/0509330. Bibcode:2005Natur.438..197N. doi:10.1038/nature04233. PMID 16281030.
  10. ↑ "Two-dimensional Dirac materials: Structure, properties, and rarity". Phys.org. Retrieved 25 May 2016.
  11. ↑ ۱۱٫۰ ۱۱٫۱ ۱۱٫۲ Hasan, M.Z.; Moore, J.E. (2011). "Three-dimensional topological insulators". Annual Review of Condensed Matter Physics (به انگلیسی). 2: 55–78. arXiv:1011.5462. Bibcode:2011ARCMP...2...55H. doi:10.1146/annurev-conmatphys-062910-140432.
  12. ↑ Grüneis, A.; Attaccalite, C.; Rubio, A.; Vyalikh, D.V.; Molodtsov, S.L.; Fink, J.; Follath, R.; Eberhardt, W.; Büchner, B. (2009). "Angle-resolved photoemission study of the graphite intercalation compound KC8: A key to graphene". Physical Review B. 80 (7): 075431. Bibcode:2009PhRvB..80g5431G. doi:10.1103/PhysRevB.80.075431.
  13. ↑ Hsieh, D.; Qian, D.; Wray, L.; Xia, Y.; Hor, Y.S.; Cava, R.J.; Hasan, M.Z. (2008). "A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase". Nature (به انگلیسی). 452 (7190): 970–974. arXiv:0902.1356. Bibcode:2008Natur.452..970H. doi:10.1038/nature06843. ISSN 0028-0836. PMID 18432240.
  14. ↑ ۱۴٫۰ ۱۴٫۱ Hsieh, D.; Xia, Y.; Qian, D.; Wray, L.; Dil, J.H.; Meier, F.; Osterwalder, J.; Patthey, L.; Checkelsky, J.G. (2009). "A tunable, topological insulator in the spin helical Dirac transport regime". Nature. 460 (7259): 1101–1105. arXiv:1001.1590. Bibcode:2009Natur.460.1101H. doi:10.1038/nature08234. PMID 19620959.
  15. ↑ Wehling, T.O.; Black-Schaffer, A.M.; Balatsky, A.V. (2014). "Dirac materials". Advances in Physics. 63 (1): 1. arXiv:1405.5774. Bibcode:2014AdPhy..63....1W. doi:10.1080/00018732.2014.927109.
  16. ↑ Singh, Bahadur; Sharma, Ashutosh; Lin, H.; Hasan, M.Z.; Prasad, R.; Bansil, A. (2012-09-18). "Topological electronic structure and Weyl semimetal in the TlBiSe2 class". Physical Review B. 86 (11): 115208. arXiv:1209.5896. doi:10.1103/PhysRevB.86.115208.
  17. ↑ Huang, S.-M.; Xu, S.-Y.; Belopolski, I.; Lee, C.-C.; Chang, G.; Wang, B.K.; Alidoust, N.; Bian, G.; Neupane, M. (2015). "A Weyl Fermion semimetal with surface Fermi arcs in the transition metal monopnictide TaAs class". Nature Communications. 6: 7373. Bibcode:2015NatCo...6.7373H. doi:10.1038/ncomms8373. PMC 4490374. PMID 26067579.
  18. ↑ Weng, Hongming; Fang, Chen; Fang, Zhong; Bernevig, B. Andrei; Dai, Xi (2015). "Weyl semimetal phase in non-centrosymmetric transition-metal monophosphides". Physical Review X. 5 (1): 011029. arXiv:1501.00060. Bibcode:2015PhRvX...5a1029W. doi:10.1103/PhysRevX.5.011029.
  19. ↑ Xu, S.-Y.; Belopolski, I.; Alidoust, N.; Neupane, M.; Bian, G.; Zhang, C.; Sankar, R.; Chang, G.; Yuan, Z. (2015). "Discovery of a Weyl Fermion semimetal and topological Fermi arcs". Science. 349 (6248): 613–617. arXiv:1502.03807. Bibcode:2015Sci...349..613X. doi:10.1126/science.aaa9297. PMID 26184916.
  20. ↑ Xu, Su-Yang; Alidoust, Nasser; Belopolski, Ilya; Yuan, Zhujun; Bian, Guang; Chang, Tay-Rong; Zheng, Hao; Strocov, Vladimir N.; Sanchez, Daniel S. (2015). "Discovery of a Weyl fermion state with Fermi arcs in niobium arsenide". Nature Physics (به انگلیسی). 11 (9): 748–754. arXiv:1504.01350. Bibcode:2015NatPh..11..748X. doi:10.1038/nphys3437. ISSN 1745-2481.
  21. ↑ Huang, Xiaochun; Zhao, Lingxiao; Long, Yujia; Wang, Peipei; Chen, Dong; Yang, Zhanhai; Liang, Hui; Xue, Mianqi; Weng, Hongming (2015). "Observation of the chiral-anomaly-induced negative magnetoresistance in 3‑D Weyl semimetal TaAs". Physical Review X. 5 (3): 031023. arXiv:1503.01304. Bibcode:2015PhRvX...5c1023H. doi:10.1103/PhysRevX.5.031023.
  22. ↑ Zhang, Cheng-Long; Xu, Su-Yang; Belopolski, Ilya; Yuan, Zhujun; Lin, Ziquan; Tong, Bingbing; Bian, Guang; Alidoust, Nasser; Lee, Chi-Cheng (2016-02-25). "Signatures of the Adler–Bell–Jackiw chiral anomaly in a Weyl fermion semimetal". Nature Communications (به انگلیسی). 7 (1): 10735. arXiv:1601.04208. Bibcode:2016NatCo...710735Z. doi:10.1038/ncomms10735. ISSN 2041-1723. PMC 4773426. PMID 26911701.
  23. ↑ Schoop, Leslie M.; Ali, Mazhar N.; Straßer, Carola; Topp, Andreas; Varykhalov, Andrei; Marchenko, Dmitry; Duppel, Viola; Parkin, Stuart S.P.; Lotsch, Bettina V. (2016). "Dirac cone protected by non-symmorphic symmetry and three-dimensional Dirac line node in ZrSiS". Nature Communications. 7 (1): 11696. arXiv:1509.00861. Bibcode:2016NatCo...711696S. doi:10.1038/ncomms11696. ISSN 2041-1723. PMC 4895020. PMID 27241624.
  24. ↑ Neupane, M.; Belopolski, I.; Hosen, Md.M.; Sanchez, D.S.; Sankar, R.; Szlawska, M.; Xu, S.-X.; Dimitri, K.; Dhakal, N. (2016). "Observation of topological nodal fermion semimetal phase in ZrSiS". Physical Review B. 93 (20): 201104(R). arXiv:1604.00720. Bibcode:2016PhRvB..93t1104N. doi:10.1103/PhysRevB.93.201104. ISSN 2469-9969.
  25. ↑ Lu, Ling; Fu, Liang; Joannopoulos, John D.; Soljačic, Marin (17 Mar 2013). "Weyl points and line nodes in gyroid photonic crystals" (PDF). Nature Photonics. 7 (4): 294–299. arXiv:1207.0478. Bibcode:2013NaPho...7..294L. doi:10.1038/nphoton.2013.42. Retrieved 2 Mar 2018.
  26. ↑ Neupane, Madhab; Xu, Su-Yang; Sankar, Raman; Nasser, Alidoust; Bian, Guang; Liu, Chang; Belopolski, Ilya; Chang, Tay-Rong; Jeng, Horng-Tay (2014). "Observation of a three-dimensional topological Dirac semimetal phase in high-mobility Cd3As2". Nature Communications. 5: 3786. arXiv:1309.7892. Bibcode:2014NatCo...5.3786N. doi:10.1038/ncomms4786. PMID 24807399.
  27. ↑ Sankar, R.; Neupane, M.; Xu, S.-Y.; Butler, C.J.; Zeljkovic, I.; Panneer Muthuselvam, I.; Huang, F.-T.; Guo, S.-T.; Karna, Sunil K. "Large single crystal growth, transport property, and spectroscopic characterizations of three-dimensional Dirac semimetal Cd3As2". Scientific Reports. 5: 12966. Bibcode:2015NatSR...512966S. doi:10.1038/srep12966. PMC 4642520. PMID 26272041.
  28. ↑ Borisenko, Sergey; Gibson, Quinn; Evtushinsky, Danil; Zabolotnyy, Volodymyr; Büchner, Bernd; Cava, Robert J. (2014). "Experimental realization of a three-dimensional Dirac semimetal". Physical Review Letters. 113 (2): 027603. arXiv:1309.7978. Bibcode:2014PhRvL.113b7603B. doi:10.1103/PhysRevLett.113.027603. ISSN 0031-9007. PMID 25062235.
  29. ↑ Terças, H.; Flayac, H.; Solnyshkov, D. D.; Malpuech, G. (2014-02-11). "Non-Abelian Gauge Fields in Photonic Cavities and Photonic Superfluids". Physical Review Letters. 112 (6): 066402. arXiv:1303.4286. Bibcode:2014PhRvL.112f6402T. doi:10.1103/PhysRevLett.112.066402. PMID 24580697.
  30. ↑ He, Wen-Yu; Chan, C. T. (2015-02-02). "The Emergence of Dirac points in Photonic Crystals with Mirror Symmetry". Scientific Reports (به انگلیسی). 5 (1): 8186. arXiv:1409.3939. Bibcode:2015NatSR...5E8186H. doi:10.1038/srep08186. ISSN 2045-2322. PMC 4650825. PMID 25640993.

خواندن بیشتر[ویرایش]

  •  
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/w/index.php?title=مخروط_دیراک&oldid=38740823»