Учени откриха квантов ефект, който може да направи батериите ненужни

Учени откриха нов начин за управление на необичайно квантово явление, което в бъдеще може да помогне за захранването на електронни устройства без батерии. Международна изследователска група под ръководството на професор Дунчен Ци от Факултета по химия и физика на Технологичния университет на Куинсланд (QUT) и професор Сяо Реншао Ван от Технологичния университет Наньян в Сингапур проучи физиката, лежаща в основата на нелинейния ефект на Хол (NLHE) – квантово явление, притежаващо значителен потенциал за бъдещи технологии за събиране на енергия.

За разлика от класическия ефект на Хол, NLHE може да преобразува променливи електрически сигнали директно в постоянен ток. Това означава, че енергията от безжични предавания или други източници от околната среда потенциално може да се превърне в годна за употреба електроенергия и да премахне нуждата използването на традиционни диоди или други обемисти електронни компоненти.

„NLHE е сложно квантово явление във физиката на кондензираното състояние, при което напрежението се генерира перпендикулярно на приложения променлив ток дори при отсъствие на магнитно поле. Този ефект ни позволява да преобразуваме променливи сигнали директно в постоянен ток, който е необходим за захранване на електронни устройства. По принцип това означава, че сензорите или чиповете ще могат да работят без батерии, получавайки енергия от околната среда.“

обясни професор Ци Квантовият материал демонстрира стабилна работа при стайна температура

За да разберат по-добре как функционира този ефект, изследователите проучиха висококачествен топологичен материал, известен с необичайното си електронно поведение. Експериментите им показаха, че нелинейният ефект на Хол остава стабилен дори при стайна температура, което е важна стъпка към практическото приложение извън лабораторията. Екипът също така откри, че температурата играе ключова роля в определянето както на силата, така и на посоката на електрическото напрежение, създавано от материала.

Как дефектите и атомните вибрации управляват ефекта

При по-ниски температури най-голямо влияние върху квантовия ефект оказваха миниатюрните несъвършенства вътре в материала. С повишаването на температурата все по-важни ставаха естествените колебания на кристалната решетка. Тази промяна води до обръщане на посоката на генерирания електрически сигнал в обратна, разкривайки досега неизвестен механизъм за управление на явлението.

„Веднага щом разберете какво се случва вътре в материала, можете да разработвате устройства, за да използвате това в своя полза. Именно тогава квантовите ефекти престават да бъдат абстрактни и започват да стават полезни – поддържайки бъдещи приложения, от автономни сензори и носими технологии до свръхбързи компоненти за мрежи от следващо поколение.“

каза професор Ци

Получените резултати дават ново разбиране за поведението на квантовите материали и могат да помогнат на изследователите да разработват по-миниатюрни, бързи и енергийно ефективни технологии, които черпят енергия от околната среда.