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 gautų 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, siekta išsiaiškinti mechanizmus, lemiančius netiesinį Holo efektą (NLHE).
Holo efektas – reiškinys, kurį 1879 m. atrado Edwinas Hallas. Kai per plokščią metalo ar puslaidininkio gabalėlį teka elektros srovė, o statmenai šiai srovei veikia magnetinis laukas, medžiagos šonuose atsiranda išmatuojama įtampa. Kitaip tariant, ši įtampa susidaro statmenai ir srovei, ir magnetiniam laukui.
Šis efektas plačiai taikomas kasdieniuose elektronikos įrenginiuose naudojant Holo efekto jutiklius. Jie aptinkami automobilių ratų greičio jutikliuose (spidometrams), išmaniuosiuose telefonuose, taip pat žaidimų pultelių valdikliuose.
Skirtingai nei klasikinis Holo efektas, NLHE leidžia kintamosios srovės signalus paversti naudinga nuolatine srove nenaudojant 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 kintamuosius signalus tiesiogiai paversti nuolatine srove, kurios reikia elektroniniams prietaisams maitinti. Iš esmės tai reiškia jutiklius ar lustus, galinčius veikti be baterijų, energiją imant iš aplinkos“, – pridūrė jis.
Kelias į naujos kartos įrenginius
Tyrimo metu komanda nagrinėjo aukštos kokybės topologinę medžiagą, pasižyminčią 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 ima 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 pritaikomi – jie gali tapti pagrindu ateities sprendimams: nuo savarankiškai besimaitinančių jutiklių ir dėvimųjų technologijų iki itin greitų komponentų naujos kartos belaidžiams tinklams“, – teigė jis.
