铋元素超薄晶体开启电子和量子计算的新可能

"铋因其低熔点和独特的电子特性，一百多年来一直令科学家们着迷，"加州大学欧文分校物理学和天文学助理教授、该研究的共同作者哈维尔-桑切斯-山岸（Javier Sanchez-Yamagishi）说。"我们开发了一种新方法来制造铋等材料的极薄晶体，并在此过程中揭示了金属表面隐藏的电子行为。"

研究小组制作的铋片只有几纳米厚。桑切斯-山岸解释了理论家们是如何预测铋含有特殊的电子状态，使其在电流流过时具有磁性--这对于基于电子自旋磁性的量子电子设备来说是至关重要的。

研究小组观察到的隐藏行为之一是源自晶体表面的所谓量子振荡。"量子振荡源于电子在磁场中的运动，"加州大学欧文分校物理学和天文学博士候选人、论文主要作者之一莱斯-陈（Laisi Chen）说。"如果电子能围绕磁场完成一个完整的轨道，它就能表现出对电子性能非常重要的效应。量子振荡于 20 世纪 30 年代首次在铋中被发现，但从未在纳米级薄铋晶体中出现过"。

桑切斯-山岸实验室的物理学博士候选人艾米-吴（Amy Wu）把研究小组的新方法比作压玉米饼机。吴解释说，为了制作超薄铋片，他们必须将铋挤压在两块热板之间。为了让铋片变得像现在这样平整，他们必须使用在原子层面上非常光滑的成型板，这意味着表面没有微小的凹痕或其他瑕疵。吴说："然后，我们制作了一种Quesadilla或Panini（意大利美食），铋是芝士馅料，玉米饼则是原子平整的表面。"

桑切斯-山岸说："有那么一个紧张的时刻，我们花了一年多的时间制作这些美丽的晶体，但我们不知道它的电学特性是否会非同寻常。但是，当我们在实验室里冷却设备时，我们惊讶地观察到了量子振荡，这在以前的铋薄膜中是从未见过的。压缩是一种非常常见的制造技术，用于制造铝箔等普通家用材料，但并不常用于制造电脑中的电子材料。我们相信，我们的方法将推广到其他材料，如锡、硒、碲和相关的低熔点合金，这对探索未来的柔性电子电路可能很有意义。"

下一步，该团队希望探索其他方法，利用压缩和注塑成型方法制造下一代手机或平板电脑芯片。

陈说："我们的新团队成员为这个项目带来了令人兴奋的想法，我们正在研究新技术，以进一步控制生长的铋晶体的形状和厚度。这将简化我们制造设备的方法，并使其离大规模生产更近一步。"

编译来源：ScitechDaily