在一项可能重新定义无线通信边界的开创性研究中，研究人员专注于一个不太可能的英雄：元素铋。 这种看似不起眼的材料因其在化妆品和药品中的应用而广为人知，现在正处于技术革命的最前沿，有望将数据速率的极限推向太赫兹范围，远远超出5G技术的当前能力。
这项由德国亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫研究机构（HZDR）和萨勒诺大学领导的合作研究揭示了薄膜元素铋实现室温非线性霍尔效应的潜力，他们在《自然电子学》杂志上详细介绍了这一突破。 这一发现不仅挑战了量子材料科学的现有范式，也为量子增强无线通信技术铺平了道路。
量子的探索。
对更快、更高效的数据传输的需求从未如此强烈。 在5G时代，工程师和科学家一直在努力寻找进一步增强无线通信技术的方法。 最有希望的途径之一是将这些系统的载波频率提高到100千兆赫（GHz）以上，达到太赫兹范围。 然而，目前可用的材料和设备不足以实现下一代系统所需的高载波频率。
根据研究人员共同撰写的研究，铋元素的引入，这种材料表现出一系列独特的特性，使其成为这一技术飞跃的理想候选者。 与其他表现出非线性霍尔效应但需要低温或复杂化学成分的材料不同，铋可以在室温下有效运行，使其简单且环保。
非线性霍尔效应的飞跃。
非线性霍尔效应是次级电压横向产生到外加电场的现象，对光电器件的发展至关重要。 它通常存在于具有大浆果曲率的非中心对称晶体中。 然而，由于其普遍存在于低温和复杂化合物中，因此其应用受到限制。 该研究报告了一项重大进展：这种效应出现在室温下铋元素的多晶薄膜中。
这一发现不仅是一项科学研究，而且具有巨大的技术应用潜力。 铋（111）表面的电子具有三重贝里曲率三重，可以激活侧跳和偏散射等机制，产生非线性横向电流。 值得注意的是，这种效果可以在弯曲的铋条纹中得到增强，从而引入了一个新的维度来控制这种现象。
超越实验室。
这项研究的意义远远超出了学术实验室。 在室温下利用非线性霍尔效应的能力为实际应用打开了许多大门，特别是在无线通信领域。 铋强大的经典霍尔效应，加上在室温下主导其表面行为的量子效应，使其成为电子应用中用途广泛的材料。
此外，研究人员还展示了铋薄膜在太赫兹光谱域中光电应用的潜力。 他们在三次谐波产生实验中实现了高效率，展示了超过基准材料 Bi2Se3 的性能水平。 这代表了能够将太赫兹电磁波转换为直流电的设备开发的重大飞跃，直流电是高频通信的重要组成部分。
前进的道路。 在世界正处于无线通信新时代的曙光之际，这项研究的结果让我们得以一窥数据传输不仅更快而且更高效的未来。 使用铋等薄膜材料将太赫兹电磁波转换为直流电的技术潜力预示着新一代高频通信组件的到来。
该研究团队的创新方法使用复杂的微纳加工技术在室温下控制元素铋中的非线性霍尔效应，标志着在寻找量子增强无线通信技术方面取得了重大进展。 通过展示这种现象在现实世界中的应用，该团队为其他人探索和扩展他们的发现奠定了基础。