_ Cercetătorii descoperă o cameră reglabilă -efect Hall neliniar de temperatură în filmele subțiri de bismut

O echipă de cercetare de la Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) și de la Universitatea din Salerno din Italia a descoperit că peliculele subțiri de bismut elementar prezintă așa-numita efectul Hall neliniar, care ar putea fi aplicat în tehnologiile de utilizare controlată a semnalelor de înaltă frecvență teraherți pe cipuri electronice.

Bismutul combină câteva proprietăți avantajoase care nu au fost găsite în alte sisteme până în prezent, după cum raportează echipa în Nature Electronics. În special, efectul cuantic este observat la temperatura camerei. Filmele în strat subțire pot fi aplicate chiar și pe substraturi din plastic și, prin urmare, ar putea fi potrivite pentru aplicații moderne de tehnologie de înaltă frecvență.

„Când aplicăm un curent anumitor materiale, acestea pot genera o tensiune perpendiculară pe acesta. . Noi, fizicienii, numim acest fenomen efectul Hall, care este de fapt un termen unificator pentru efecte cu același impact, dar care diferă în mecanismele subiacente la nivel de electroni. De obicei, tensiunea Hall înregistrată este dependentă liniar de curentul aplicat," spune dr. Denys Makarov de la Institutul de Cercetare a Fizicii și Materialelor Ionului de la HZDR.

Majoritatea acestor efecte sunt rezultatul influenței câmpurilor magnetice sau magnetismului din material. Cu toate acestea, în 2015, oamenii de știință au descoperit că efectul Hall poate apărea și fără influența magnetismului.

„Reușim acest lucru cu materiale al căror aranjament cristalin permite tensiuni Hall care nu mai sunt legate liniar de curent.” adaugă prof. Carmine Ortix de la Departamentul de Fizică de la Universitatea din Salerno. Acest efect este de mare interes deoarece face posibile noi tipuri de componente pentru electronica de mare viteză.

Cei doi cercetători și-au unit forțele în căutarea materialelor adecvate și a posibilelor aplicații practice ale acestui așa-numit non- efect Hall liniar. În timp ce Ortix este un fizician teoretician, Makarov aduce cunoștințele experimentale și conexiunea cu alte institute de la HZDR, care sunt implicate în mod semnificativ în lucru cu expertiza lor.

„Ne-am întâlnit cu colegii. de la Centrul ELBE pentru Surse de Radiații de Înaltă Putere, Laboratorul de Câmp Magnetic Înalt și Institutul pentru Ecologia Resurselor.Scopul comun: identificarea unui material adecvat cu care acest efect cuantic să poată apărea în mod controlat la temperatura camerei și care este, de asemenea, ușor de manevrat și non-toxic”, spune Makarov, descriind punctul de plecare al lucrării comune.

În materialul elementar bismut, echipa a găsit un candidat care prezintă aceste proprietăți. Bismutul este cunoscut pentru efectul Hall clasic puternic, care este prezent în cea mai mare parte a materialului. Cercetătorii au descoperit că, în schimb, pe suprafețe, efectele cuantice domină și guvernează fluxul de curent chiar și la temperatura camerei.

Un avantaj major al abordării este că cercetătorii își pot aplica filmele subțiri cu proprietăți cuantice la o varietate de substraturi pentru electronice, cum ar fi napolitane de siliciu și chiar plastic. Echipa realizează controlul efectului prin micro-fabricare sofisticată: pot influența direct curenții prin geometria canalelor de pe cip.

Alte echipe au creat deja o serie de materiale care prezintă non- efect Hall liniar, dar nu combină toate proprietățile dorite. Grafenul, de exemplu, este sigur pentru mediu și efectul său Hall neliniar poate fi controlat bine, dar numai la temperaturi sub –70 de grade Celsius. Aceasta înseamnă că, dacă cercetătorii doresc să folosească efectul, trebuie să-l răcească cu azot lichid. Pentru alți compuși, ar trebui să folosească temperaturi și mai scăzute.

În prezent, cercetările se concentrează pe găsirea de materiale adecvate, dar oamenii de știință se gândesc deja la viitor. „Vedem potențial tehnologic mai ales în conversia undelor electromagnetice terahertzi în curent continuu folosind materialele noastre cu peliculă subțire. Acest lucru va face posibile noi componente pentru comunicarea de înaltă frecvență”, spune Ortix.

Pentru a garanta în mod semnificativ rate mai mari de transmisie a datelor, viitoarele sisteme de comunicații fără fir vor trebui să extindă frecvența purtătoarei dincolo de 100 gigaherți în intervalul teraherți, ceea ce nu este la îndemână cu tehnologiile actuale.

(Fluierul)