在《自然材料》杂志发表的一项研究中，加州大学欧文分校的科学家描述了一种制造极薄铋元素晶体的新方法——这一过程可能有助于制造廉价的柔性电子产品，使其成为日常现实。
“由于铋的低熔点和独特的电子特性，一百多年来它一直吸引着科学家，”加州大学欧文分校物理学和天文学助理教授、这项研究的合著者 Javier Sanchez-Yamagishi 说道。“我们开发了一种新方法来制造非常薄的铋等材料晶体，并在这一过程中揭示金属表面隐藏的电子行为。”
该团队制作的铋片厚度只有几Nano。Sanchez-Yamagishi 解释了理论学家如何预测铋含有特殊的电子态，当电流通过时，它就会变成磁性——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。
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。“量子振荡源自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、论文的主要作者之一 Laisi Chen 说道。“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效应。量子振荡最早是在 20 世纪 30 年代在铋中发现的，但从未在Nano薄的铋晶体中见过。”
Sanchez-Yamagishi 实验室的物理学博士候选人 Amy Wu 将团队的新方法比作玉米饼压榨机。Wu 解释说，为了制作超薄的铋片，他们必须在两个热板之间挤压铋。为了使薄片尽可能平坦，他们必须使用在Atom水平上完全光滑的成型板，这意味着表面上没有微观凹痕或其他瑕疵。“然后我们制作了一种油炸玉米饼或帕尼尼，其中铋是奶酪馅料，玉米饼是Atom级平坦的表面，”Wu 说。
Sanchez-Yamagishi 表示：“当时我们非常紧张，因为我们花了一年多时间制作这些漂亮的薄晶体，但我们不知道它的电学性能是否会非常出色。但当我们在实验室中冷却该设备时，我们惊讶地观察到了量子振荡，这在薄铋膜中从未见过。”
Sanchez-Yamagishi 补充道：“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、碲和相关低熔点合金，这对未来柔性电子电路的探索可能很有趣。”
接下来，该团队希望探索利用压缩和注塑方法制造用于手机或平板电脑的下一代计算机芯片的其他方法。
“我们团队的新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，”陈说。“这将简化我们制造设备的方式，并使其更接近大规模生产。”
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。这项研究主要由空军科学研究办公室资助，部分支持来自加州大学欧文分校复杂和活性材料种子计划中心，该中心是美国国家科学基金会下属的材料研究科学与工程中心。
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