Tarptautinė mokslininkų komanda parodė, kad mažyčius netobulumus ir svyravimus kvantinėse medžiagose galima panaudoti valdant netikėtą kvantinį reiškinį, vadinamą netiesiniu Holo efektu.
Šis atradimas gali atverti kelią mažesniems ir efektyvesniems energijos surinkimo įrenginiams. Mokslininkų teigimu, ateityje tai galėtų leisti kurti elektros prietaisus be baterijų, kurie energiją pasiimtų tiesiog iš aplinkos.
Kvantinis efektas įrenginiams be baterijų
Tyrime, kuriam vadovavo profesorius Dongchenas Qi iš „QUT“ Chemijos ir fizikos mokyklos bei profesorius Xiao Renshaw Wangas iš „Nanyang Technological University“ Singapūre, buvo siekiama išsiaiškinti mechanizmus, lemiančius netiesinį Holo efektą (NLHE).
Holo efektas – tai reiškinys, kurį 1879 m. atrado Edwin‘as Hallas. Kai per plokščią metalo ar puslaidininkio gabalėlį teka elektros srovė ir statmenai šiai srovei pritaikomas magnetinis laukas, medžiagos šonuose atsiranda išmatuojama įtampa. Kitaip tariant, ji atsiranda statmenai ir srovei, ir magnetiniam laukui.
Šis efektas plačiai naudojamas kasdieniuose elektronikos įrenginiuose per Holo efekto jutiklius. Jie naudojami automobilių ratų greičio jutikliuose spidometrams, yra mūsų išmaniuosiuose telefonuose, taip pat Holo efekto valdikliuose žaidimų pulteliuose.
Skirtingai nei klasikinis Holo efektas, NLHE leidžia kintamosios srovės signalus paversti naudinga nuolatine srove, nereikalaujant tradicinių diodų ar didelių komponentų.
„NLHE yra sudėtingas kvantinis reiškinys tankiosios medžiagos fizikoje, kai įtampa generuojama statmenai taikomai kintamajai srovei, net ir nesant magnetinio lauko“, – aiškino Qi.
„Šis efektas leidžia mums kintamuosius signalus tiesiogiai paversti nuolatine srove, kurios reikia elektroniniams prietaisams maitinti. Iš esmės tai reiškia jutiklius ar lustus, galinčius veikti be baterijų, energiją semiantis iš aplinkos.“
Kelias į naujos kartos įrenginius
Tyrimo metu komanda nagrinėjo aukštos kokybės topologinę medžiagą su neįprastomis elektroninėmis savybėmis. Mokslininkai nustatė, kad NLHE išlieka stabilus iki kambario temperatūros.
Taip pat paaiškėjo, kad sugeneruotos įtampos kryptį ir stiprį galima valdyti keičiant temperatūrą. Esant žemesnei temperatūrai, reiškinį daugiausia lemia smulkūs medžiagos netobulumai. Tuo tarpu aukštesnėje temperatūroje elektrinio signalo kryptį pradeda keisti natūralios kristalinės gardelės vibracijos.
„Kai supranti, kas vyksta medžiagos viduje, gali kurti įrenginius, maksimaliai išnaudojančius šį efektą“, – sakė Qi.
„Tuomet kvantiniai reiškiniai nustoja būti abstraktūs ir tampa praktiškai naudingi – jie gali pagrįsti ateities taikymus: nuo savarankiškai besimaitinančių jutiklių ir dėvimųjų technologijų iki itin greitų komponentų naujos kartos belaidžiams tinklams.“
