Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez prof. Dongchena Qi z Wydziału Chemii i Fizyki Uniwersytetu Technologicznego Queensland oraz prof. Xiao Renshawa Wanga z Uniwersytetu Technologicznego Nanyang w Singapurze badał fizyczne podstawy nieliniowego efektu Halla (NLHE) – zjawiska kwantowego o dużym potencjale dla przyszłych technologii pozyskiwania energii – informuje portal ScienceDaily.
Czytaj więcej
Naukowcy opracowali nową metodę wydobycia litu z podziemnych solanek. Technologia może przyspieszyć produkcję baterii do aut elektrycznych i ograni...
Nieliniowy efekt Halla może zasilać urządzenia bez baterii
W przeciwieństwie do klasycznego efektu Halla, NLHE może bezpośrednio przekształcać zmienne sygnały elektryczne w prąd stały. Oznacza to, że energia pochodząca z transmisji bezprzewodowych lub innych źródeł obecnych w otoczeniu mogłaby zostać zamieniona na użyteczną energię elektryczną bez konieczności stosowania tradycyjnych diod czy innych dużych komponentów elektronicznych.
Czym jest klasyczny efekt Halla
To zjawisko fizyczne polegające na pojawieniu się różnicy potencjałów w przewodniku, przez który płynie prąd elektryczny, gdy znajduje się on w polu magnetycznym prostopadłym do kierunku przepływu prądu. Zjawisko to jest już powszechnie wykorzystywane w elektronice. Analogowe joysticki w kontrolerach (m.in. do konsol Xbox i PlayStation) oraz klawiatury magnetyczne wykorzystują czujniki Halla do rejestrowania ruchu bez fizycznego tarcia występującego w potencjometrach. Eliminuje to problem tzw. driftu, czyli samoczynnego rejestrowania ruchu i znacząco zwiększa żywotność sprzętu. W smartfonach czujniki Halla odpowiadają m.in. za automatyczne wygaszanie ekranu po zamknięciu magnetycznego etui. W motoryzacji są wykorzystywane jako bezdotykowe czujniki do pomiaru prędkości obrotowej (np. w układach ABS), położenia pedału przyspieszenia oraz poziomu różnych płynów eksploatacyjnych.
– NLHE to zaawansowane zjawisko kwantowe w fizyce materii skondensowanej, w którym napięcie elektryczne powstaje prostopadle do przyłożonego prądu przemiennego nawet przy braku pola magnetycznego – wyjaśnił prof. Qi.
– Efekt ten pozwala przekształcać sygnały zmienne bezpośrednio w prąd stały, który jest niezbędny do zasilania urządzeń elektronicznych. Teoretycznie oznacza to możliwość stworzenia czujników lub układów scalonych działających bez baterii i czerpiących energię z otoczenia – dodał w rozmowie z ScienceDaily.
Czytaj więcej
Bez reakcji chemicznych i z wykorzystaniem efektów kwantowych – tak działa bateria, która może skrócić czas ładowania do niespotykanego poziomu.
Eksperymenty wykazały, że nieliniowy efekt Halla pozostaje stabilny nawet w temperaturze pokojowej. To ważny krok w kierunku praktycznego wykorzystania tej technologii poza laboratoriami.
Materiał kwantowy zachowuje stabilność w temperaturze pokojowej
Zespół odkrył również, że temperatura odgrywa kluczową rolę w określaniu zarówno wartości, jak i kierunku napięcia elektrycznego generowanego przez materiał.
Przy niższych temperaturach największy wpływ na efekt kwantowy miały mikroskopijne niedoskonałości materiału. Wraz ze wzrostem temperatury coraz większe znaczenie zyskiwały naturalne drgania atomów w strukturze krystalicznej.
Czytaj więcej
Naukowcy opracowali ultracienki, elastyczny materiał, który potrafi wytwarzać energię z ciepła ludzkiego ciała. To rozwiązanie może zrewolucjonizow...
Zmiana ta powodowała odwrócenie kierunku generowanego sygnału elektrycznego, ujawniając wcześniej nieznany mechanizm kontrolowania tego zjawiska.
Jak temperatura wpływa na działanie efektu kwantowego
– Kiedy zrozumiemy, co dzieje się wewnątrz materiału, możemy projektować urządzenia wykorzystujące te właściwości – powiedział prof. Qi.
– Wtedy efekty kwantowe przestają być abstrakcyjną koncepcją i zaczynają znajdować praktyczne zastosowanie – od samowystarczalnych energetycznie czujników i technologii ubieralnych po ultraszybkie komponenty dla sieci bezprzewodowych nowej generacji – podkreślił.
Wyniki badań dostarczają nowych informacji na temat zachowania materiałów kwantowych i mogą pomóc naukowcom opracować mniejsze, szybsze oraz bardziej energooszczędne technologie zdolne do pozyskiwania energii z otaczającego nas środowiska.
