Новый метод создания кристаллов улучшит квантовые компьютеры и электронику
Ученые из Калифорнийского университета в Ирвайне вместе с коллегами опробовали новый метод изготовления очень тонких кристаллов элемента висмут. Испытанный процесс поможет удешевить производство гибкой электроники и сделает ее более доступной для повседневного использования, пишет Phys.org.
«Висмут очаровывает ученых уже более ста лет благодаря своей низкой температуре плавления и уникальным электронным свойствам, — говорит Хавьер Санчес-Ямагиши, доцент кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвайне и соавтор исследования. — Мы разработали новый метод изготовления очень тонких кристаллов таких материалов, как висмут, и сейчас находимся в процессе выявления скрытого электронного поведения поверхностей металла».
Листы висмута, изготовленные учеными, имеют толщину всего несколько нанометров. По словам Санчес-Ямагиши, теоретики ранее предсказали, что висмут содержит особые электронные состояния, позволяющие ему становиться магнитным, когда через него проходит электричество. Подобное свойство важно для квантовых электронных устройств, основанных на магнитном вращении электронов.
Одно из скрытых явлений, наблюдаемых специалистами, — это так называемые квантовые колебания, исходящие от поверхностей кристаллов.
«Квантовые колебания возникают в результате движения электрона в магнитном поле, — говорит Лайси Чен, доктор философии, кандидат физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвайне и один из ведущих авторов статьи. — Если электрон сможет совершить полный оборот вокруг магнитного поля, он сможет проявлять эффекты, важные для работы электроники. Квантовые колебания впервые были обнаружены в висмуте в 1930-х годах, но они никогда не наблюдались в кристаллах висмута нанометровой толщины».
Специалисты сравнивают новый метод создания кристаллов с прессом для тортильи. Чтобы сделать ультратонкие листы висмута, ученым пришлось сжать висмут между двумя горячими пластинами. Чтобы сделать листы максимально плоскими, они использовали формовочные пластины, которые идеально гладки на атомном уровне. На их поверхности нет микроскопических углублений или других дефектов.
«Затем мы приготовили что-то вроде кесадильи или панини, где висмут — это сырная начинка, а лепешки — атомарно плоские поверхности», — комментирует Эми Ву, доктор философии, кандидат физики из лаборатории Санчес-Ямагиши.
«Был нервный момент, когда мы потратили больше года на создание этих красивых тонких кристаллов, но понятия не имели, будут ли их электрические свойства чем-то экстраординарным», — сказал Санчес-Ямагиши. «Но когда мы охладили устройство в нашей лаборатории, мы были поражены, наблюдая квантовые колебания, которые ранее не наблюдались в тонких пленках висмута».
Команда исследователей потратила больше года на создание тонких кристаллов. Когда они охладили устройства в лаборатории, то были поражены, наблюдая квантовые колебания, которые ранее не наблюдались в тонких пленках висмута.
«Сжатие — это очень распространенный метод производства, используемый для изготовления обычных бытовых материалов, таких как алюминиевая фольга, но он обычно не используется для изготовления электронных материалов, подобных тем, которые есть в ваших компьютерах, — уточняет Санчес-Ямагиши. — Мы считаем, что наш метод можно будет распространить на другие материалы, такие как олово, селен, теллур и родственные сплавы с низкими температурами плавления, и его может быть интересно изучить для будущих гибких электронных схем».
Специалисты планируют изучить другие способы использования методов сжатия и литья под давлением для изготовления компьютерных чипов для телефонов или планшетов следующего поколения. Новые методы позволят получить дополнительный контроль над формой и толщиной выращенных кристаллов висмута. Это упростит процесс изготовления устройств и приблизит его к массовому производству.
Ранее ученые создали долговечный бетон на основе угольной золы.
