高頻通信新利器   鉍量子薄膜為高速太赫茲電子產品鋪路

編譯/高晟鈞

近日由德國與義大利所組成的研究團隊發現,元素鉍薄膜具備了許多令人驚喜的特性,特別是其在室溫下所表現出的量子效應,這種薄膜可以加工至於許多不同基材上,非常適合作為現代高頻技術電子晶片的模型。

霍爾效應

霍爾效應(Hall Effect)在1879年由Edwin Hall所發現,指得是當磁場影響流經導體(或半導體)的電流時,所產生的電壓差(霍爾電壓),霍爾電壓與標準電導率的結合,提供了有關電荷類型、遷移率和半導體內部密度的資訊。

鉍量子薄膜為高速太赫茲電子產品鋪路。圖/截取自 ScitechDaily

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這種物理效應在生活中都有許多應用,特別是在現代家電和汽車等領域,霍爾效應感應器(Hall-effect Sensor)是最典型的例子,被用於檢測定位、速度和電流,尤其是馬達控制系統方面,可以使機械零件不會隨時間而產生磨損。霍爾效應大多是材料中磁場或雌性影響的結果;然而,2015年時,科學家發現,霍爾效應在沒有磁性的情況竟然也能發生。

熟悉的材料,新的特性

研究團隊的目標是找到一種合適的材料,其量子效應可以在室溫下以受控的方式出現,易於處理且無毒。元素材料鉍以產生強烈的霍爾效應而聞名,並且滿足研究團隊的所有需求;更重要的是,其在室溫下能表現出量子效應,並控制電流。此外,透過複雜的微加工技術,將具有量子特性的鉍薄膜與矽晶圓、塑膠電子基板結合,研究團隊成功透過改變晶片通道的幾何形狀來控制電流。

新型量子材料

儘管已經有許多具有非線性霍爾效應的材料,但它們也同時擁有對應的缺點。例如,石墨烯雖然對環境友善,其霍爾效應也很好控制,卻只能在低於-70oC的溫度下進行。

目前的研究重點是尋找合適的材料,而為了確保更高的資料傳輸效率,未來的無線通訊系統是必得將載波頻率從100GHz提高至太赫茲範圍。而鉍薄膜優秀的量子特性,具備著將太赫茲電波轉換為直流電的技術潛力,為未來的高頻通信成為可能。

資料來源:ScitechDaily

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