不得了：科学家发现量子材料“内鬼”，能让芯片自己发电

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2026年2月24日，一支由澳大利亚昆士兰科技大学和新加坡南洋理工大学领衔的国际研究团队，在期刊《Newton》上发表了一项引人入胜的成果。他们发现，在一种名为碲化铋（Bi₂Te₃）的神奇材料内部，那些通常被视为“缺陷”的微小杂质和原子自身的振动，竟然可以被驯服，用来高效地将环境中的无线信号转换为直流电。这听起来有点像让“捣乱分子”变成了“劳动模范”，而它指向的未来，或许就是无需电池的芯片。

要理解这项工作的精妙，我们先得聊聊“霍尔效应”。这是高中物理就学过的经典现象：给一块导体通电流，再外加一个垂直的磁场，电流就会在磁场作用下发生偏转，从而在导体的两侧产生一个电压。

但这次研究的“非线性霍尔效应”（NLHE）则完全是另一回事。它最神奇的地方在于，根本不需要外加磁场。

这个效应是量子世界独有的现象。简单来说，在某些特殊材料内部，电子的运动规则被量子力学改写了。当一股交变电流（比如我们周围无处不在的Wi-Fi信号、无线电波）通过这种材料时，材料本身特殊的量子结构能扮演“交通警察”的角色，对电子进行整流，从而产生一个纯净的、单一方向的直流电压。这就像在惊涛骇浪（交流电）中修建了一条笔直的运河，让水流（直流电）能稳定地沿着一个方向流动，直接给设备供电。

理论很美好，但要想让这个效应走出实验室，工程师们必须搞清楚一件事：到底是什么在操控这个效应？

这正是此次研究的核心突破。由Dongchen Qi教授和王骁教授领导的团队，选择了一种明星材料——碲化铋（Bi₂Te₃）。这种材料本身是公认的优秀热电材料，同时也是典型的“拓扑绝缘体”，意味着它的内部绝缘，但表面却能完美导电。

团队对高质量碲化铋薄片进行了细致入微的“审讯”。他们发现，非线性霍尔效应在室温下不仅能稳定存在，其产生的电压方向和大小居然还受温度掌控。

他们进一步揪出了幕后的两个“推手”：

这项研究的意义在于，它第一次定量地把这两个看似是“麻烦”的因素，转化为了可理解、可调控的设计参数。正如Qi教授所说：“一旦你搞懂了材料内部发生了什么，你就可以设计器件来利用它。”

如果说理解机制是“一叶知秋”，那么这片叶子已经让我们窥见了未来电子世界的整片森林。

传统的电子设备，无论是手机还是传感器，都离不开电池或电源线。它们内部负责将交流信号（比如从空气中捕获的无线电波）转换为直流电的部件，叫做“整流二极管”。但二极管在高频下效率会大打折扣，而且体积和功耗都成了微型化设备的瓶颈。

非线性霍尔效应提供了一种全新的、更优雅的解决方案。它就像一个天生的、原子级别的“整流器”，能直接将环境中的无线能量捕获并转换，为低功耗芯片供电。这意味着未来的物联网传感器，或许可以完全摆脱电池，靠吸收空气中的微弱电磁辐射工作。可穿戴设备将变得更加轻薄，甚至能与衣物融为一体，无需频繁充电。

当然，从这项基础科学突破到口袋里的真家伙，还有很长的路要走。目前还停留在材料层面的机理验证，要制成稳定、高效、可量产的原型器件，还需要材料学家和工程师们通力合作。

在科技竞赛中，中国读者最关心的莫过于：我们在这个领域跑得怎么样了？

这项研究本身就是一支“多国部队”，其中有两位关键领军人物：澳大利亚昆士兰科技大学的亓东辰教授和新加坡南洋理工大学的王骁教授。虽然他们的主阵地目前在海外，但科研无国界，他们的工作本身就代表着华人在该领域的顶尖水平。

更重要的是，国内在相关领域的布局也紧锣密鼓，看点十足：