碳硅烯狄拉克锥成因获解 新型纳米材料研发设计有了理论基础

中国粉体网讯    二维单原子碳层－石墨烯（Graphene）具有奇特的电子结构特征，其能带在费米能级处呈现上下对顶的圆锥形，形成所谓的狄拉克锥（Dirac Cone）。近日，上海大学理学院物理系刘轶教授及其科研团队通过理论计算首次发现，两种新型结构的碳硅烯也具有狄拉克锥特征的电子结构，这为研发和设计新型纳米电子器件材料提供了理论基础。该研究成果发表在物理化学领域著名学术期刊《物理化学快报》上。

　　2010年石墨烯的发现被授予诺贝尔奖，除了因为它是第一个稳定存在的单层二维材料，从而打破了传统二维材料不稳定的常识之外，还因为石墨烯存在奇异的狄拉克锥电子结构，电子在费米能附近以近光速传播，被认为是未来电脑芯片的理想材料。为此，人们对基于石墨烯的新兴电子材料寄予厚望。

　　然而，目前的电子工业还是建立在硅材料基础上。虽然硅版的石墨烯—硅烯也具有狄拉克锥，但是硅烯的原子结构非平面，硅烯稳定性相对石墨烯低很多，这使刘轶对碳硅混合的二维体系——碳硅烯产生了兴趣。刘轶团队发现的新型碳硅烯的共同结构特点是由C-C和Si-Si原子对混合而成，呈现狄拉克锥电子结构特征；同时他们还提出了“原子对耦合”机制以及判断狄拉克锥是否形成的定量判据。基于对简单体系的计算，该判据还被成功用于预测其他二元二维体系是否具有狄拉克锥。

　　刘轶介绍，新发现证明，可以通过改变碳硅烯的成分配比和原子排列等方式对电学性质进行调控，这是单纯的石墨烯或硅烯不能实现的，因此碳硅烯比石墨烯有更好的工业相容性和性质多样性，为开发未来纳米电子器件材料提供了更广阔的材料选择。