【科技】石墨烯三维异型体能形成迪拉克环 “超蜂窝”结构或比金刚石更稳定

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最近，美国俄克拉荷马大学的科学家们建议石墨烯可能有属于新家族的三维异构体。 这些结构可能在实验中合成，其中最简单的超蜂窝结构具有多个罕见的性质，可能比钻石更稳定。 相关论文发表在最近的《物理评论快报》上。

石墨烯是单层六边形的2d结构，每个碳原子与其他三个碳原子相连。 这种平面三角连接具有多个独特的特性，特别是电性质，是优良的半导体材料。 石墨烯的三角键产生异常现象:电子的能量根据其动量线性变化，产生电子进行接近光速的运动的行为。 狄拉克方程式记述了这种相对论电子，所以电子发生这种行为时的运动量值称为狄拉克点。 大多数材料结构没有狄拉克点。 这种线性行为很大程度上影响了电子分布和它们与晶格振动之间的相互作用。

我想知道把碳基平面三角结构上的狄拉克点扩展到三维空间，形成狄拉克环会怎么样。 实验中至今没有注意到狄拉克环，只是预测存在于少数微细材料中。 在分解中，当三角连接碳原子链相互垂直层叠时，理论上可以形成狄拉克环。 这个排列与石墨不同，石墨也是3d结构，但各层叠一层。 垂直堆栈链有多个不同的维。 因为单元格六边形在垂直和水平的结合方法中有很多可能性。 就像最简单的超蜂窝结构一样，只有两个碳原子互相垂直地构成，其格子就像很少的双面书架。

俄克拉荷马大学基兰·穆伦说:“我们的研究有两个意义。 首先，这是第一个展示狄拉克光环的简单系统。 狄拉克环是电子系统中看不到的性质，对电子在系统中流动的方法和磁场中的行为有很大的影响。 其次，该系统带来了多个相关系统，一部分是其他碳结构，一部分是类似的不同物理系统，例如冷气原子的光学光栅，有可能发现越来越多的稀有性质。

3d结构使超蜂窝同素异构体极其稳定，有可能超过钻石和石墨。 穆伦说，他试图计算硬度(拉伸性)和强度(抗断裂性)。 他们预计合成这种碳同素异构体的新家族是一大挑战，但现在的技术也是可能的。