在一項可能重新定義無線通訊邊界的開創性研究中，研究人員專注於乙個不太可能的英雄：元素鉍。 這種看似不起眼的材料因其在化妝品和藥品中的應用而廣為人知，現在正處於技術革命的最前沿，有望將資料速率的極限推向太赫茲範圍，遠遠超出5G技術的當前能力。
這項由德國亥姆霍茲-德勒斯登-羅森多夫研究機構（HZDR）和薩勒諾大學領導的合作研究揭示了薄膜元素鉍實現室溫非線性霍爾效應的潛力，他們在《自然電子學》雜誌上詳細介紹了這一突破。 這一發現不僅挑戰了量子材料科學的現有正規化，也為量子增強無線通訊技術鋪平了道路。
量子的探索。
對更快、更高效的資料傳輸的需求從未如此強烈。 在5G時代，工程師和科學家一直在努力尋找進一步增強無線通訊技術的方法。 最有希望的途徑之一是將這些系統的載波頻率提高到100千兆赫（GHz）以上，達到太赫茲範圍。 然而，目前可用的材料和裝置不足以實現下一代系統所需的高載波頻率。
根據研究人員共同撰寫的研究，鉍元素的引入，這種材料表現出一系列獨特的特性，使其成為這一技術飛躍的理想候選者。 與其他表現出非線性霍爾效應但需要低溫或複雜化學成分的材料不同，鉍可以在室溫下有效執行，使其簡單且環保。
非線性霍爾效應的飛躍。
非線性霍爾效應是次級電壓橫向產生到外加電場的現象，對光電器件的發展至關重要。 它通常存在於具有大漿果曲率的非中心對稱晶體中。 然而，由於其普遍存在於低溫和複雜化合物中，因此其應用受到限制。 該研究報告了一項重大進展：這種效應出現在室溫下鉍元素的多晶薄膜中。
這一發現不僅是一項科學研究，而且具有巨大的技術應用潛力。 鉍（111）表面的電子具有三重貝里曲率三重，可以啟用側跳和偏散射等機制，產生非線性橫向電流。 值得注意的是，這種效果可以在彎曲的鉍條紋中得到增強，從而引入了乙個新的維度來控制這種現象。
超越實驗室。
這項研究的意義遠遠超出了學術實驗室。 在室溫下利用非線性霍爾效應的能力為實際應用開啟了許多大門，特別是在無線通訊領域。 鉍強大的經典霍爾效應，加上在室溫下主導其表面行為的量子效應，使其成為電子應用中用途廣泛的材料。
此外，研究人員還展示了鉍薄膜在太赫茲光譜域中光電應用的潛力。 他們在三次諧波產生實驗中實現了高效率，展示了超過基準材料 Bi2Se3 的效能水平。 這代表了能夠將太赫茲電磁波轉換為直流電的裝置開發的重大飛躍，直流電是高頻通訊的重要組成部分。
前進的道路。 在世界正處於無線通訊新時代的曙光之際，這項研究的結果讓我們得以一窺資料傳輸不僅更快而且更高效的未來。 使用鉍等薄膜材料將太赫茲電磁波轉換為直流電的技術潛力預示著新一代高頻通訊元件的到來。
該研究團隊的創新方法使用複雜的微納加工技術在室溫下控制元素鉍中的非線性霍爾效應，標誌著在尋找量子增強無線通訊技術方面取得了重大進展。 通過展示這種現象在現實世界中的應用，該團隊為其他人探索和擴充套件他們的發現奠定了基礎。