Οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν νέο τρόπο ελέγχου ενός ασυνήθιστου κβαντικού φαινομένου που θα μπορούσε μια μέρα να βοηθήσει στην τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών χωρίς μπαταρίες.
Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Dongchen Qi της Σχολής Χημείας και Φυσικής του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Κουίνσλαντ (QUT) και τον καθηγητή Xiao Renshou Wang του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου Nanyang στη Σιγκαπούρη, ερεύνησε τη φυσική πίσω από το μη γραμμικό φαινόμενο Hall (NLHE), ένα φαινόμενο κβαντικής ενέργειας που έχει τη δυνατότητα μελλοντικής ενέργειας.
Σε αντίθεση με το κλασικό φαινόμενο Hall, το NLHE μπορεί να μετατρέψει τα εναλλασσόμενα ηλεκτρικά σήματα σε συνεχές ρεύμα. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια από ασύρματη μετάδοση ή άλλες πηγές περιβάλλοντος μπορεί να μετατραπεί σε χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια χωρίς να βασίζεται σε συμβατικές διόδους ή άλλα ογκώδη ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
“Το NLHE είναι ένα περίπλοκο κβαντικό φαινόμενο στη φυσική της συμπυκνωμένης ύλης όπου μια τάση δημιουργείται κάθετα σε ένα εφαρμοζόμενο εναλλασσόμενο ρεύμα, ακόμη και απουσία μαγνητικού πεδίου”, δήλωσε ο καθηγητής Qi.
“Αυτό το φαινόμενο μας επιτρέπει να μετατρέπουμε εναλλασσόμενα σήματα σε συνεχές ρεύμα, το οποίο είναι απαραίτητο για την τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών. Κατ’ αρχήν, αυτό σημαίνει αισθητήρες ή τσιπ που μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς μπαταρίες, αντλώντας ενέργεια από το περιβάλλον τους.”
Το κβαντικό υλικό παρουσιάζει σταθερή απόδοση σε θερμοκρασία δωματίου
Για να κατανοήσουν καλύτερα πώς λειτουργεί το αποτέλεσμα, οι ερευνητές εξέτασαν ένα υψηλής ποιότητας τοπολογικό υλικό γνωστό για την ασυνήθιστη ηλεκτρονική του συμπεριφορά.
Τα πειράματά τους έδειξαν ότι το μη γραμμικό φαινόμενο Hall είναι σταθερό ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου, κάτι που είναι ένα σημαντικό βήμα προς πρακτικές εφαρμογές εκτός εργαστηρίου.
Η ομάδα ανακάλυψε ότι η θερμοκρασία παίζει σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό τόσο της αντοχής όσο και της κατεύθυνσης της ηλεκτρικής τάσης που παράγεται από το υλικό.
Πώς να ελέγξετε τα ελαττώματα και τις επιπτώσεις των πυρηνικών κραδασμών
Σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι μικροσκοπικές ατέλειες στο υλικό έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στα κβαντικά αποτελέσματα. Οι φυσικές δονήσεις στην κρυσταλλική δομή γίνονται πιο σημαντικές καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία.
Αυτή η αλλαγή αντιστρέφει την κατεύθυνση του ηλεκτρικού σήματος που παράγεται, αποκαλύπτοντας έναν μηχανισμό ελέγχου του φαινομένου που δεν είχε προηγουμένως εμφανιστεί.
«Μόλις καταλάβετε τι συμβαίνει μέσα στο υλικό, μπορείτε να σχεδιάσετε συσκευές για να το εκμεταλλευτείτε», λέει ο καθηγητής Qi.
“Τότε είναι που τα κβαντικά εφέ παύουν να είναι αφηρημένα και αρχίζουν να είναι χρήσιμα — υποστηρίζοντας μελλοντικές εφαρμογές από αυτοτροφοδοτούμενους αισθητήρες και φορητές τεχνολογία έως εξαιρετικά γρήγορα υλικά για ασύρματα δίκτυα επόμενης γενιάς.”
Τα αποτελέσματα παρέχουν νέες ιδέες για το πώς συμπεριφέρονται τα κβαντικά υλικά και θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ερευνητές να αναπτύξουν μικρότερες, ταχύτερες και πιο ενεργειακά αποδοτικές τεχνολογίες που συλλέγουν ενέργεια από το περιβάλλον τους.
