ÚC – Một nghiên cứu mới đây đã tiết lộ cách thức các khiếm khuyết siêu nhỏ và sự rung động bên trong một loại vật liệu lượng tử đầy triển vọng có thể được sử dụng để điều khiển một hiệu ứng lượng tử bất thường. Khám phá này mở ra những khả năng mới cho các thiết bị thu năng lượng nhỏ gọn hơn, tốc độ nhanh hơn và hiệu quả hơn.
Nhóm nghiên cứu quốc tế, dẫn đầu bởi Giáo sư Dongchen Qi từ trường hóa học và vật lý thuộc đại học công nghệ Queensland (QUT – QUT school of chemistry and physics) và Giáo sư Xiao Renshaw Wang từ đại học công nghệ Nanyang (Nanyang technological university, Singapore), đã nghiên cứu cơ chế vận hành của hiệu ứng Hall phi tuyến (NLHE – nonlinear Hall effect).
Khác với hiệu ứng Hall (*) cổ điển, hiệu ứng Hall phiên bản lượng tử cho phép các tín hiệu điện xoay chiều, như các tín hiệu tìm thấy trong nguồn năng lượng không dây hoặc năng lượng môi trường, được chuyển đổi trực tiếp thành dòng điện một chiều hữu dụng mà không cần đến các đi-ốt truyền thống hay các linh kiện cồng kềnh. (*) Hiệu ứng Hall (Hall effect): là một hiện tượng xuất hiện điện áp vuông góc với dòng điện khi một vật dẫn hoặc bán dẫn có dòng điện chạy qua được đặt trong từ trường.
Giáo sư Qi chia sẻ: “Hiệu ứng Hall phi tuyến là một hiện tượng lượng tử phức tạp trong vật lý chất rắn, nơi điện áp được tạo ra theo phương vuông góc với dòng điện xoay chiều được áp dụng, ngay cả khi không có sự hiện diện của từ trường.”
Giáo sư Qi nói rằng: “Hiệu ứng Hall phi tuyến cho phép chuyển đổi trực tiếp các tín hiệu xoay chiều thành dòng điện một chiều, nguồn năng lượng cần thiết để vận hành các thiết bị điện tử. Về nguyên tắc, điều này có nghĩa là các cảm biến hoặc vi mạch có thể hoạt động mà không cần pin, bằng cách tự thu nhận năng lượng từ môi trường xung quanh.”
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm trên Bismuth Telluride, một loại vật liệu phân tử cấu trúc liên kết (topological material) chất lượng cao, nổi tiếng với các đặc tính điện tử bất thường, và phát hiện ra rằng hiệu ứng Hall phi tuyến vẫn duy trì trạng thái ổn định ngay cả ở nhiệt độ phòng.
Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hướng và cường độ của điện áp tạo ra có thể được điều khiển thông qua nhiệt độ.
Ở nhiệt độ thấp, các khiếm khuyết siêu nhỏ trong vật liệu đóng vai trò chủ đạo quyết định các đặc tính. Khi vật liệu ấm dần lên, các dao động tự nhiên của mạng tinh thể sẽ tiếp quản, khiến tín hiệu điện đảo chiều.
Giáo sư Qi nói tiếp: “Một khi đã hiểu rõ những gì đang diễn ra bên trong vật liệu, từ đó có thể thiết kế các thiết bị để tận dụng tối đa cơ chế đó.”
Giáo sư Qi kết luận: “Đó là thời điểm các hiệu ứng lượng tử không còn là lý thuyết trừu tượng mà bắt đầu trở nên hữu ích, hỗ trợ cho các ứng dụng tương lai từ cảm biến tự cấp nguồn, công nghệ thiết bị đeo (wearable technology) đến các linh kiện siêu nhanh cho mạng không dây thế hệ mới.”
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí trực tuyến Newton.
Để xem các tin bài khác về “Hiệu ứng lượng tử”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
