超薄铋晶体在vdW模具内的生长

在《自然材料》杂志上发表的一项研究中，来自加州大学欧文分校的科学家们描述了一种制造非常薄的铋元素晶体的新方法——这种方法可能有助于制造廉价的柔性电子产品。

“铋由于其低熔点和独特的电子特性，一百多年来一直吸引着科学家，”加州大学欧文分校物理学和天文学助理教授、该研究的合著者哈维尔·桑切斯-山石说。“我们开发了一种新方法来制造非常薄的材料晶体，如铋，并在此过程中揭示了金属表面隐藏的电子行为。”

该团队制作的铋片只有几纳米厚。Sanchez-Yamagishi解释了理论学家如何预测铋含有特殊的电子态，当电流流过它时，它可以变成磁性的——这对于基于电子磁自旋的量子电子设备来说是必不可少的。

该团队观察到的隐藏行为之一是所谓的量子振荡，起源于晶体表面。

“量子振荡是由电子在磁场中的运动引起的，”加州大学欧文分校(UC Irvine)物理学与天文学博士候选人、该论文的主要作者之一莱西·陈(Laisi Chen)说。“如果电子能够绕磁场完成一个完整的轨道，它就会表现出对电子产品性能很重要的影响。量子振荡最早是在20世纪30年代在铋中发现的，但从未在纳米薄的铋晶体中发现过。”

山岸桑切斯实验室的物理学博士研究生艾米·吴(Amy Wu)将该团队的新方法比作玉米饼压榨机。吴解释说，为了制作超薄的铋片，他们必须在两个热板之间压扁铋。为了使薄片如此平整，他们必须使用在原子水平上完全光滑的模塑板，这意味着表面上没有微观的凹痕或其他缺陷。

“然后我们做了一种玉米粉饼或帕尼尼，其中铋是奶酪馅，玉米饼是原子平面，”吴说。

Sanchez-Yamagishi说:“我们花了一年多的时间制作这些美丽的薄晶体，但我们不知道它的电性能是否会有非凡的成就，这让我们感到紧张。”“但是当我们在实验室冷却设备时，我们惊讶地观察到量子振荡，这是以前在薄铋薄膜中从未见过的。”

Sanchez-Yamagishi补充说:“压缩是一种非常常用的制造技术，用于制造普通的家用材料，如铝箔，但不常用于制造电子材料，如电脑中的电子材料。”“我们相信我们的方法将推广到其他材料，如锡、硒、碲和低熔点的相关合金，并且探索未来的柔性电子电路可能很有趣。”

接下来，该团队希望探索其他方法，利用压缩和注射成型方法来制造下一代手机或平板电脑芯片。

Chen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式，并使其更接近大规模生产。”

该研究团队包括来自加州大学欧文分校、洛斯阿拉莫斯国家实验室和日本国家材料科学研究所的合作者。