В формате ультратонкого слоя висмут демонстрирует совершенно неожиданные свойства.
В процессе исследования ультратонкого слоя висмута, ученые из Университета Макгилла выявили необычный электрический эффект, который не исчезает при изменении температуры — от почти абсолютного нуля до комнатной. Этот феномен, который физики называют «аномальный эффект Холла», ранее наблюдался только в материалах с магнитными свойствами, к которым висмут не относится. Однако вопреки всем ожиданиям, эффект не только проявился, но и сохранялся в условиях, где он, по мнению большинства специалистов, должен был исчезнуть.
Результаты исследования ставят под сомнение устоявшиеся физические теории и могут стать важным шагом к созданию новых типов электронных компонентов, которые будут сохранять свою эффективность даже в экстремальных условиях. Такие материалы особенно актуальны для космических технологий, медицины и «зеленой» электроники. Висмут при этом обладает важным преимуществом — он нетоксичен и биосовместим, что делает его еще более привлекательным для использования в высокотехнологичных отраслях.
Процесс, который привел ученых к открытию, оказался столь же необычным, как и его результат. Вдохновленные кухонной теркой, ученые разработали метод получения тончайших слоев висмута: на кремниевую подложку были нанесены микроскопические канавки, после чего с материала срезались слои толщиной в десятки нанометров. Эти фрагменты затем помещались в условия сильнейших магнитных полей, в тысячи раз превышающих силу обычного магнита на холодильнике. Так в Национальной лаборатории высоких магнитных полей во Флориде специалистам удалось зафиксировать загадочный эффект.
Соавтор работы, профессор физики Гийом Жерве признался, что был настолько уверен в исчезновении эффекта при повышении температуры, что поспорил со своими студентами на бутылку вина — и проиграл. «Мы ожидали, что эффект исчезнет при нагревании, но он упрямо сохранялся, вплоть до достижения образцом комнатной температуры», — отметил ученый с удивлением.
Объяснение такого поведения пока остается предметом научных споров. Предполагается, что структура атомов в висмуте ограничивает движение электронов таким образом, что они начинают вести себя как в топологических материалах — недавно открытых веществах, у которых поверхность и объем обладают различными физическими свойствами. Эти материалы считаются потенциальной основой для создания революционных вычислительных устройств.
Теперь исследователи попробуют превратить наблюдаемый эффект в его квантовую форму — квантовый аномальный эффект Холла. Если это удастся, появится возможность создавать электронику, работающую при более высоких температурах, чем это возможно сегодня, а значит — более стабильную, эффективную и экологически безопасную.
Тем временем ученые разработали устройство хранения энергии нового поколения.
Источник