Graphène, une feuille en nid d'abeilles bidimensionnelle (2D) composée d'atomes de carbone, a suscité un vif intérêt dans le monde entier en raison de ses propriétés exceptionnelles et de ses perspectives prometteuses en science fondamentale et appliquée. Le grand développement du graphène est étroitement lié à la structure électronique unique, C'est, cônes de Dirac. Le cône qui représente la dispersion d'énergie linéaire au niveau de Fermi donne des fermions sans masse de graphène, conduisant à divers effets Hall quantiques, ultra haute mobilité des porteurs, et de nombreux autres phénomènes et propriétés nouveaux.

Le cône de Dirac est spécial mais peut ne pas être unique au graphène. Récemment, de plus en plus de matériaux 2D ont été prédits pour posséder des cônes de Dirac, tels que le silicène et le germanène (silicène et germanium de type graphène, respectivement), plusieurs graphies (allotropes de carbone sp-sp2), etc. Mais ces systèmes Dirac 2D sont si rares par rapport aux nombreux matériaux 2D. Une compréhension approfondie de tous les systèmes Dirac 2D connus et une stratégie pour en rechercher de nouveaux sont nécessaires.

Un nouvel article publié dans Revue scientifique nationale a présenté les progrès récents des études théoriques de divers matériaux Dirac 2D.

Dans ce document, les propriétés structurelles et électroniques du graphène, silicène, germanène, graphies, plusieurs allotropes du bore et du carbone, oxydes de métaux de transition, cristaux organiques et organométalliques, carré MoS2, et les réseaux artificiels (gaz électroniques et atomes ultrafroids) ont été résumés. Comme l'a déclaré l'auteur, "la plupart des matériaux Dirac ont une symétrie d'inversion spatiale", "Beaucoup d'entre eux sont bipartites et composés d'un seul élément", et "la structure en nid d'abeilles hexagonale est courante dans les matériaux de Dirac atomiques". Puisque « la structure du cône de Dirac donne des fermions sans masse de graphène, conduisant à des effets Hall quantiques demi-entiers/fractionnels/fractals, ultra-haute mobilité des porteurs", d'autres systèmes Dirac 2D auraient des propriétés similaires, et certains possèdent même une nouvelle physique au-delà du graphène.

Sur la base des discussions ci-dessus, les auteurs ont en outre étudié comment les points de Dirac se déplacent et fusionnent dans ces systèmes. Ils ont mentionné que la contrainte peut déplacer le point de Dirac vers un nouvel emplacement k (réciproque). Mais "lorsque deux points de Dirac avec des phases de Berry opposées se déplacent dans l'espace k sous n'importe quelle perturbation et arrivent au même point, ils fusionnent et leurs phases Berry s'annihilent". le théorème de von Neumann-Wigner a été appliqué pour expliquer la rareté des systèmes Dirac 2D. Puis des exigences rigoureuses pour un système 2D pour réaliser des cônes de Dirac ont été déduites, qui est lié à la symétrie, paramètres, niveau de Fermi, et chevauchement des bandes.

Cet article a noté que "les cônes de Dirac ne sont pas seulement la dispersion d'énergie linéaire autour de points discrets, mais aussi des singularités dans le spectre des hamiltoniens et sont topologiquement protégés." Les auteurs ont souligné « Dans l'avenir, nous pensons que de plus en plus de matériaux Dirac 2D seront découverts, et une compréhension approfondie des conditions existantes des cônes de Dirac est très utile pour rechercher/concevoir de nouveaux systèmes."