Квантові матеріали: як нелінійний ефект Холла дозволить відмовитися від батарейок
Світові науковці зробили прорив у напрямку створення самодостатніх електронних пристроїв, які не потребують традиційних батарей чи підзарядки. Міжнародна команда фізиків довела, що квантові матеріали можуть перетворювати навколишні електромагнітні сигнали та вібрації на постійний електричний струм, використовуючи унікальні властивості нелінійного ефекту Холла. Завдяки цьому відкриттю з’являється можливість створювати мініатюрні випрямлячі, здатні забезпечувати живлення сучасній електроніці без необхідності використання розеток чи змінних джерел енергії.
Без магнітів і складних схем: нові можливості квантової фізики
Традиційно для прояву ефекту Холла потрібні потужні магніти, які впливають на рух електронів у матеріалі та створюють різницю потенціалів. Однак команда під керівництвом професора Дунчена Ці продемонструвала, що топологічні квантові матеріали дозволяють генерувати напругу перпендикулярно до струму навіть без застосування магнітного поля. Це означає, що замість складних схем та зовнішніх впливів, тепер достатньо використати природні коливання, які завжди присутні в навколишньому середовищі.
Нелінійний ефект Холла дозволяє генерувати напругу перпендикулярно току навіть без магнітного поля. Це означає, що ми можемо напряму перетворювати змінні сигнали на живлення для електроніки. У перспективі — датчики та мікрочипи, що працюють без батарейок.
Дефекти кристалів як рушій наукового прогресу
Однією з найцікавіших особливостей нової технології стало те, що на струм у квантових матеріалах впливають навіть мікроскопічні дефекти у кристалічній решітці. При низьких температурах саме ці «помилки» визначають напрямок і силу струму, а при нагріванні до кімнатної температури ключову роль починають відігравати коливання атомів, тобто фонони. Це важливо, адже більшість квантових ефектів зникають поза лабораторією, але механізм, відкритий дослідниками, стабільно працює у звичайних умовах. За рахунок комбінування дефектів і вібрацій можна розробляти пристрої для конкретних потреб, маніпулюючи структурою матеріалу на нанометровому рівні.
Від автономних датчиків до медичних імплантів: можливості технології
Перспективи практичного застосування відкриття надзвичайно широкі. Технологія дає змогу створювати автономні системи інтернету речей (IoT), мініатюрні датчики, медичні імпланти та носиму електроніку, які отримують живлення безпосередньо з навколишнього середовища — завдяки рухам тіла або фоновому випромінюванню. Це наближає людство до концепції пристроїв «встановив і забув», які працюватимуть без підзарядки протягом усього терміну служби. Паралельно з цим хімічна індустрія також робить кроки вперед, як-от створення акумуляторів із рекордною щільністю — 700 Вт·год/кг, що може радикально змінити транспортний сектор. Проте саме квантові мікрочипи вже готові зробити революцію в сфері малої електроніки.
Источник: kurazh.org