Araştırma ekibi, elementel yarı iletken tellürde (Te) oda sıcaklığında önemli doğrusal olmayan Hall etkileri ve kablosuz düzeltme keşfetti. Çalışma Nature Communications’da yayınlandı.
Doğrusal olmayan Hall etkisi (NLHE), harici bir manyetik alan oluşturmadan ikinci harmonik sinyaller üretebilen, uygulanan alternatif akıma verilen ikinci dereceden bir yanıttır. NLHE, frekans ikiye katlama ve düzeltme cihazlarındaki potansiyel uygulamaları nedeniyle önemli bir bilimsel ilgi odağıdır. Bu cihazlar radar, telekomünikasyon ve elektronik gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilir.
Ancak önceki araştırmalarda düşük çıkış Hall voltajları ve düşük çalışma sıcaklıkları gibi sorunlarla karşılaşılmış ve bu da NLHE’nin pratikte uygulanmasını zorlaştırmıştır. Bugüne kadar oda sıcaklığı “etkisi” yalnızca Dirac yarı metali BaMnSb2 ve Weyl yarı metali TaIrTe4’te gözlemlendi; bunların her ikisi de nispeten küçük çıkış voltajları sergiliyor ve ayarlanabilirlikten yoksun. Bu, cihazlarda kullanımlarını sınırlar ve onları daha az esnek hale getirir ve çeşitli uygulamalarda kullanım açısından daha az umut verici hale getirir.
Bu sorunları çözmek için araştırma ekibi, yarı iletken malzemelerde olağanüstü NLHE sergileyen sistemler aramaya karar verdi. Te’yi ideal bir aday haline getiren, ters simetriyi doğası gereği bozan tek boyutlu atomik sarmal zincir yapılarıyla karakterize edilen dar aralıklı bir yarı iletken olan Te’nin doğrusal olmayan tepkisini incelediler.
Ekip, oda sıcaklığında, harici geçit voltajları tarafından modüle edilen ayarlanabilir Hall voltajı çıkışlarına sahip ince Te “pulları” içinde önemli miktarda NLHE buldu. 300 K’de maksimum ikinci harmonik çıkış 2,8 mV’ye ulaşabilir; bu, önceki başarılardan çok daha yüksek bir mertebedir. Daha ileri deneyler ve teorik analizler yoluyla bilim insanları, ince Te’de gözlemlenen NLHE’nin öncelikle dış saçılmadan kaynaklandığını ve ince “pul” yapının yüzey simetrisinin kırılmasının kritik bir rol oynadığını keşfettiler.
Bu başarıya dayanarak ekip, alternatif akımı radyo frekansı (RF) sinyalleriyle değiştirerek Te’de kablosuz RF düzeltmeyi uyguladı. 0,3’ten 4,5 GHz’e kadar geniş bir frekans aralığında kararlı düzeltilmiş çıkış voltajı elde ettiler.
Pn bağlantılarını veya metal-yarı iletken bağlantılarını kullanan geleneksel doğrultucuların aksine, Te özelliklerine dayalı Hall doğrultucu, sıfır önyargıda geniş bant yanıtı sağlar ve bu da onu verimli ve güvenilir enerji toplama ve kablosuz şarj cihazlarının geliştirilmesi için çekici bir seçenek haline getirir.
Bu çalışma, Te’deki doğrusal olmayan enerji transferinin altında yatan mekanizmaları açığa çıkararak, katı malzemelerde doğrusal olmayan taşınmaya ilişkin bilgiyi ilerletmekte ve ileri elektronik cihazların gelecekteki gelişimi için yeni olanaklar açmaktadır.
Ekip, Çin Bilimler Akademisi’nin (CAS) Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (USTC) Profesör Zeng Changan ve Araştırma Görevlisi Li Lin tarafından yönetildi.