电子设备依赖于在温度变化时其电气性质发生变化的材料，使其在极端条件下稳定性降低。麦吉尔大学的研究人员的一项发现挑战了物理学的传统智慧，表明金属铋可以作为高度稳定电子元件的基础。研究人员观察到超薄铋中一种神秘的电效应，它在近绝对零度（-273°C）到室温的广泛温度范围内保持不变。
电子设备依赖于在温度变化时其电气性质发生变化的材料，使其在极端条件下稳定性降低。麦吉尔大学的研究人员的一项发现挑战了物理学的传统智慧，表明金属铋可以作为高度稳定电子元件的基础。
研究人员观察到超薄铋中一种神秘的电效应，它在近绝对零度（-273°C）到室温的广泛温度范围内保持不变。
麦吉尔大学物理学教授、该研究的共同作者吉约姆·热瓦斯表示：“如果我们能利用这一发现，它对绿色电子产品可能会变得重要。”
这一发现可能导致开发出更高效、稳定和环保的电子元件和设备，包括空间探索和医疗用途。铋是无毒且生物相容的。
热瓦斯说：“我们预计随着温度升高，这一效应会消失，但它顽固地保持着；我们一直加热到室温，它仍然存在！”他补充说：“我非常肯定它会消失，以至于我甚至向我的学生于琳·余和弗雷德里克·博万打赌一瓶酒。结果我错了。”
受到奶酪刨的启发
这项研究发表在《物理评论快报》上，报告了在一片68纳米厚的铋薄片中观察到的温度无关的异常霍尔效应（AHE）。这一效应在施加电流时产生垂直电压，通常与具有磁性特性的材料有关。然而，铋是抗磁性的，这意味着它通常不会表现出这种行为。
为了做出这一发现，热瓦斯和他的同事们，包括第一作者和博士候选人于琳·余，开发了一种新技术来制造超薄铋。受奶酪刨的启发，团队在半导体晶圆上制作了微小的沟槽，然后机械地刮去薄层铋。随后，他们在佛罗里达州国家高磁场实验室对这些薄片进行了极强磁场–强度是冰箱磁铁的数万倍–下的测试。
突破物理规律？
之前的研究表明，铋不应该表现出AHE，这使得团队的发现更加扑朔迷离。
热瓦斯说：“我不能指向一个理论来解释这点，只有一些潜在解释的零碎片段。”
一种假设是，铋的原子结构以某种方式限制了电子的运动，模拟了拓扑材料的行为，拓扑材料是近期发现的异国物质，其表面和内部表现出不同的性质。这些材料可能会彻底改变计算机技术。
研究团队的下一步是探索铋的AHE是否可以转化为其量子对应物，即量子异常霍尔效应（QAHE）。这样的突破可能为能够在比以前更高的温度下运作的电子设备铺平道路。
该研究得到了新前沿研究基金、加拿大自然科学和工程研究委员会（NSERC）、加拿大高级研究所和魁北克–自然与技术研究基金、位于蒙特利尔的CXC，以及国家科学基金会（NSF）在佛罗里达州国家高磁场实验室进行的工作的支持。
