Fizicienii canadieni sunt pe cale să descopere o posibilitate de a ocoli efectele temperaturii, care au constituit bariere în calea electronicelor ecologice.
Bismutul este în centrul acestei descoperirii. Doctorandul Oulin Yu, de la Universitatea McGill din Montreal, și colegii săi au descoperit că metalul acesta argintiu poate conduce electricitatea de la aproape zero absolut (-273oC) la temperatura camerei, fără pierderi, scrie revista australiană COSMOS.
Bismutul este folosit în produse farmaceutice, cosmetice, sticlă, ceramică și alarme de incendiu atomice.Poziționat lângă plumb pe tabelul periodic al elementelor, este unul dintre metalele rare, iar cele mai mari zăcăminte din lume se află în China, dar și în Bolivia, Canada, Mexic și Australia. Este adesea asociat cu alte metale, astfel că se găsește inclusiv în minereuri de aur, plumb, argint și zinc.
Echipa de cercetători a creat fulgi subțiri de bismut, folosind banala tehnică a răzuitului brânzei, felii groase de 68 de nanometri au fost transformate în tranșee microscopice în plachete semiconductoare.
Un curent electric a fost trecut prin acești fulgi de bismut expuși unui câmp magnetic masiv de zeci de mii de ori mai puternic decât un magnet de frigider.
Yu și echipa au fost surprinși să constate că aceste fragmente prezentau un „efect Hall anomal” (AHE).
Puțină fizică
De obicei, atunci când electronii trec printr-un metal prelucrat în formă de sârmă, întâmpină o rezistență determinată de ciocnirea de atomi sau defecte – gropile și semafoarele autostrăzii electrice – , risipind multă energie.
Acum imaginați-vă o foaie subțire de bismut sau alt metal, ca un drum plat pentru electroni. Un magnet gigant și frigul extrem determină electronii să circule doar de-a lungul marginilor foii și într-o singură direcție similar circulației mașinilor pe o stradă cu sens unic, fără semafoare roșii sau bare de viteză. Acest flux are loc fără nicio rezistență – o autostradă perfectă pentru electroni. Acesta se numește „Efect Hall cuantic”.
Într-un „Efect Hall anomal” (AHE), același lucru se întâmplă fără magnet, deoarece materialul folosit este el însuși magnetic. Dar bismutul este diamagnetic, ceea ce înseamnă că este respins de un câmp magnetic – aplicarea unui magnet induce un câmp magnetic opus în metal.
Yu spune că bismutul nu ar trebui să arate un AHE. „Nu pot indica o teorie care ar explica acest lucru, doar fragmente dintr-o posibilă explicație”, precizează profesorul Guillaume Gervais coautor al cercetării.
Yu apreciază că bismutul ar putea prezenta efecte similare cu materialele „topologice”. Suprafețele substanțelor topologice prezintă proprietăți diferite la interior față de suprafață și ar putea revoluționa calculul.
Gervais era atât de sigur că AHE va dispărea odată cu creșterea temperaturii, încât a făcut chiar un mic pariu cu echipa sa. „Ne așteptam ca efectul acesta să dispară odată cu creșterea temperaturii, dar a refuzat cu încăpățânare. Am continuat să mergem la temperatura camerei și încă era acolo! Eram atât de sigur că va dispărea, încât am pariat chiar și pe elevii mei Oulin Yu și Frédéric Boivin pe o sticlă de vin. S-a dovedit că m-am înșelat”, explică Gervais.
Cercetătorii sunt de părere că descoperirea provoacă teoriile consacrate din fizică și are implicații pentru electronicele ecologice cu emisii scăzute. „Dacă putem valorifica acest lucru, ar putea deveni important pentru electronicele ecologice”, arată Gervais.
Următorul pas al echipei de cercetare este să exploreze dacă AHE al bismutului poate fi convertit în omologul său cuantic, efectul Hall anomal cuantic (QAHE).
Ceea ce ar putea însemna electronice verzi – care funcționează la temperaturi mai ridicate decât era posibil anterior.
Lucrarea a fost publicată în Physical Review Letters.
Autor: Corina Gheorghe
Foto: Pixabay.com
