研究人员在铋薄膜中发现可调谐室温非线性霍尔效应

来自德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心（HZDR）和意大利萨莱诺大学的一个研究小组发现，元素铋薄膜表现出所谓的非线性霍尔效应，可以应用于电子芯片上太赫兹高频信号的控制使用技术

正如该团队在《自然电子》杂志上报道的那样，铋结合了迄今为止在其他系统中未发现的几种有利特性。特别地，量子效应是在室温下观察到的。薄层膜甚至可以应用于塑料基板上，因此可以适用于现代高频技术应用

HZDR离子束物理与材料研究所的Denys Makarov博士说：“当我们向某些材料施加电流时，它们可以产生垂直于电流的电压。我们物理学家称这种现象为霍尔效应，它实际上是具有相同影响的效应的统一术语，但在电子水平上的潜在机制不同。通常，记录的霍尔电压线性地取决于施加的电流。”

这些效应大多是材料中磁场或磁性影响的结果。然而，在2015年，科学家们发现霍尔效应也可以在不受磁性影响的情况下发生

萨莱诺大学物理系的Carmine Ortix教授补充道：“我们用晶体排列使霍尔电压不再与电流线性相关的材料实现了这一点。”。这种效应引起了人们的极大兴趣，因为它使高速电子器件的新型元件成为可能

这两位研究人员联合起来，寻找合适的材料和这种所谓的非线性霍尔效应的可能实际应用。虽然奥尔蒂斯是一名理论物理学家，但马卡罗夫带来了实验知识，并与HZDR的其他研究所建立了联系，这些研究所以其专业知识大量参与了这项工作

“我们与ELBE高功率辐射源中心、强磁场实验室和资源生态研究所的同事们聚在一起。共同的目标是：确定一种合适的材料，用它可以在室温下以可控的方式出现这种量子效应，而且易于处理且无毒，”马卡罗夫在描述联合工作的起点时说。

熟悉的材料，新的特性

在元素材料铋中，团队发现了一种表现出这些特性的候选者。铋以其强烈的经典霍尔效应而闻名，这种效应存在于大部分材料中。研究人员发现，在表面上，即使在室温下，量子效应也会主导和控制电流

该方法的一个主要优点是，研究人员可以将具有量子特性的薄膜应用于硅片甚至塑料等电子产品的各种基板。该团队通过复杂的微制造实现了对效果的控制：他们可以通过芯片上通道的几何形状直接影响电流

具有技术相关性的新量子材料

其他团队已经创造了许多表现出非线性霍尔效应的材料，但它们并没有结合所有理想的特性。例如，石墨烯对环境是安全的，其非线性霍尔效应可以很好地控制，但只能在低于-70摄氏度的温度下控制。这意味着，如果研究人员想使用这种效果，他们必须用液氮冷却。对于其他化合物，它们将不得不使用更低的温度

目前的研究重点是寻找合适的材料，但科学家们已经在提前考虑了。Ortix说：“我们首先看到了使用我们的薄膜材料将太赫兹电磁波转换为直流电的技术潜力。这将使高频通信的新组件成为可能。”

为了保证显著更高的数据传输速率，未来的无线通信系统将不得不将载波频率从100千兆赫扩展到太赫兹范围，这是当今技术无法实现的