狄拉克錐

設想兩個冰淇淋筒，一個尖朝上、一個尖朝下，尖對尖只在一個點上相觸。如果你畫一張圖，橫看電子動得多快、縱看它有多少能量，那麼石墨烯裡的電子描出的，正是這種雙錐形狀。這張圖就叫狄拉克錐，它解釋了為什麼石墨烯的電子如此古怪。

狄拉克錐是材料能帶中一種特殊的圖樣：被電子填滿的態構成的帶，與空著的態構成的帶，在一個點上相接，並從這個點起以筆直的斜坡向外升高，像錐面的兩側，而不是普通材料裡那種平緩的彎曲。在大多數晶體裡，電子的能量隨它速度的平方增長，這賦予它一種表觀的質量；但沿著筆直的錐面，能量與動量成正比增長——這正是光所遵循的關係。於是住在這樣一個點附近的電子，表現得彷彿沒有質量，無論能量多少，都以單一固定的速度疾馳。

狄拉克錐之所以重要，是因為它在一種普通、對晶片友好的材料內部，給了我們一群模仿無質量粒子的電子，賦予石墨烯驚人的速度和對磁場的反常響應，它也是拓撲材料的一個標誌。誠實的提醒是：這些電子並不是真的來自外太空的無質量粒子——它們是普通電子，只是在晶體中的集體行為恰好模仿了無質量的樣子，而這個類比僅在能量接近錐尖時才成立。