Учёные выявили уникальный электронный феномен в висмуте, который может привести к созданию устойчивой «зеленой» электроники

Учёные из университета Макгилла выяснили, что висмут, металл, известный своей низкой токсичностью и биосовместимостью, может стать основой для электронных элементов, которые сохраняют стабильность даже при экстремальных температурах.

Это открытие, ставящее под сомнение устоявшиеся физические концепции, связано с наблюдением электрического эффекта, который остаётся стабильным при температурных изменениях от почти абсолютного нуля (-273°C) до температуры окружающей среды.

Исследовательская группа под руководством профессора Гийома Жерве зафиксировала необычайный эффект Холла (AHE) в ультратонком слое висмута толщиной всего 68 нанометров. Этот эффект, заключающийся в возникновении напряжения, перпендикулярного приложенному току, обычно наблюдается у магнитных материалов. Однако, так как висмут лишён магнитных свойств, это открытие стало настоящим сюрпризом.

«Мы рассчитывали, что эффект исчезнет при повышении температуры, однако он продолжал проявляться даже при комнатной температуре. Я настолько был уверен в ошибочности, что поспорил со своими студентами на бутылку вина — и уступил», — рассказал Жерве.

Для выполнения экспериментов исследователи разработали метод получения тонких пластин висмута, вдохновлённый обычной тёркой для сыра. На полупроводниковую основу создали микроскопические борозды, затем механически «соскребли» слои металла. Образцы подвергались испытаниям в Национальной лаборатории сильных магнитных полей (штат Флорида), где на них воздействовали поля, в десятки тысяч раз мощнее обычного магнита.

Ранее предполагалось, что висмут не обладает свойством AHE, поэтому это открытие стало новым вызовом для физиков. «Пока нет теории, полностью объясняющей это явление; лишь существует набор гипотез», — отметил Жерве. Одна из теорий подразумевает, что атомная структура висмута ограничивает движение электронов, имитируя поведение топологических материалов — уникальных соединений, где свойства поверхности и внутренних слоёв различаются. Эти материалы считаются перспективными для построения квантовых компьютеров.

Очередная цель исследователей — выяснить, возможно ли преобразовать AHE в его квантовый эквивалент (QAHE). Если это получится, то электронные устройства, использующие висмут, смогут функционировать при значительно более высоких температурах по сравнению с современными аналогами. Это возможность для создания энергоэффективной и надёжной электроники, включая оборудование для космических исследований и медицинских имплантатов, где стабильность температур имеет критическое значение.

«Освоив управление этим эффектом, висмут сможет стать ключевым компонентом “зелёной” электроники», — подчеркнул Жерве. С учётом безопасности металла и растущего спроса на экологически чистые технологии, данное открытие может стать основой новых стандартов в разработке будущей микроэлектроники.

Источник: iXBT