5G出现后，工程师们一直在尝试设计技术来进一步增强无线通信技术。为了提高这些系统的数据传输速率，最终需要将其载波频率扩展到100GHz以上，达到太赫兹范围。

然而，现有的设备和技术已被证明无法实现如此高的载波频率。为实现这一目标，提出的一种解决方案需要使用一些具有所谓非线性霍尔效应的量子材料。

亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫中心(HZDR)eV和萨勒诺大学的研究人员发现了一种用于开发下一代无线通信系统的有前途的材料，即薄膜元素铋。他们发表在《自然电子》杂志上的论文表明，这种材料表现出室温非线性霍尔效应。

“其他团队已经创造了各种表现出非线性霍尔效应的材料，但他们并没有结合所有技术上所需的特性，例如简单且环保的化学成分、室温操作以及在适合微型和微型设备的基板上制备的可能性。柔性电子产品，”该论文的合著者DenysMakarov和CarmineOrtix告诉TechXplore。

“例如，石墨烯对环境安全，其非线性霍尔效应可以很好地控制，但只能在低于-70摄氏度左右的温度下进行。这意味着如果研究人员想要利用该效应，就必须将其冷却下来用液氮。”

其他先前研究的化合物，例如过渡金属二硫属化物和一些氧化物，也在低温下表现出非线性霍尔效应，通常甚至低于在石墨烯中实现这种效应所需的温度。马卡洛夫、奥尔蒂克斯和他们的合作者开始寻找其他可能更适合开发现实世界量子无线通信技术的材料。

“我们确定元素材料铋是量子技术应用的潜在候选者，”马卡罗夫和奥尔蒂克斯解释道。

“与由材料中磁场或磁性的影响产生的经典霍尔效应相比，铋薄膜的表面能够在没有任何磁性的情况下产生霍尔电压，不再与电流线性相关。这种效应非常有趣因为它使新型高速电子元件成为可能。”

为了扩大对无线通信应用有前景的量子材料的探索，Makarov和Ortix开始与ELBE高功率辐射源中心、高磁场实验室和德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心资源生态研究所的其他研究人员合作。此次合作的主要目标是确定一种在室温下以受控方式发生非线性霍尔效应的材料。

值得注意的是，这种室温非线性霍尔效应在实际应用中更容易调整，而且也更加环保。最终，该团队的合作研究成果导致了薄膜元素材料铋的鉴定，人们发现它具有这些非常有利的特性。

马卡罗夫和奥尔蒂克斯说：“铋以其强烈的经典霍尔效应而闻名，这种效应存在于大部分材料中。”

“我们发现，在表面上，即使在室温下，量子效应也主导并控制着电流。该方法的一个主要优点是，研究人员可以将具有量子特性的薄膜应用于硅晶圆等电子产品的各种基材上。甚至塑料。”

在他们的论文中，Makarov、Ortix及其合作者概述了一种利用复杂的微制造技术在室温下控制元素材料铋中的非线性霍尔效应的策略。这种策略使他们能够通过改变芯片上通道的几何形状来直接影响系统中的电流。

“为了展示多晶铋薄膜在太赫兹(THz)谱域光电应用中的潜力，我们进行了高次谐波产生实验，”马卡罗夫和奥尔蒂克斯说。

“多晶Bi薄膜展现出太赫兹三次谐波产生(THG)的高效率，在室温下达到>1%的水平，并超过Bi2Se3—此类功能的基准材料。”

马卡洛夫、奥尔蒂克斯及其同事收集的研究结果强调了薄膜元素材料铋在开发量子增强无线通信技术方面的前景。将来，他们的论文可能会激励其他研究小组尝试这种材料，从而可能有助于下一代通信标准的引入。

“我们首先看到了使用我们的薄膜材料将太赫兹电磁波转换为直流电的技术潜力，”马卡罗夫和奥尔蒂克斯补充道。“这将使用于高频通信的新组件成为可能。”