Международная группа исследователей обнаружила квантовый феномен, который в перспективе позволит электронным устройствам функционировать без привычных аккумуляторов, получая энергию напрямую из окружающей среды. В состав научной группы вошли специалисты из Технологического университета Квинсленда в Австралии и Наньянского технологического университета в Сингапуре.
Основное внимание в исследовании было уделено нелинейному эффекту Холла — квантовому процессу, способному преобразовывать переменные электрические сигналы в полезный постоянный ток. В отличие от традиционных электронных компонентов, используемых для преобразования энергии, этот эффект позволяет генерировать ток без использования сложных микросхем. По мнению ученых, данное открытие может ускорить разработку автономных датчиков, носимой электроники и компонентов для перспективных систем беспроводной связи.
В ходе экспериментов исследователи изучали топологический материал под названием теллурид висмута, который обладает необычными электронными свойствами. Опыты показали, что нелинейный эффект Холла остается стабильным вплоть до комнатной температуры. Это является важным достижением, так как большинство подобных квантовых явлений обычно наблюдается только при экстремально низких температурах, что ограничивает их практическое использование.
Ученые установили, что проявление эффекта меняется в зависимости от температуры. При сильном охлаждении доминирующую роль играют мельчайшие дефекты внутри материала, так называемые примеси. Однако по мере повышения температуры все большее значение приобретают вибрации атомов внутри кристаллической решетки. При температуре около 230 Кельвинов конкуренция между этими двумя механизмами приводит к тому, что электрический сигнал, производимый материалом, меняет свое направление.
Согласно выводам исследования, этот ранее не наблюдавшийся механизм открывает новые возможности для управления квантовыми процессами, что поможет инженерам проектировать более эффективные устройства. Понимание того, как различные процессы рассеяния влияют на этот феномен, позволит настраивать свойства материалов для конкретных технологических задач.
Результаты работы указывают на то, что в будущем устройства смогут улавливать небольшие объемы энергии из фоновых источников, таких как радиочастотные сигналы и сигналы беспроводных сетей. Это потенциально снизит потребность в батареях для маломощной электроники или даже позволит полностью отказаться от них.
Несмотря на то, что до появления коммерческих продуктов на базе этой технологии еще далеко, исследователи уверены, что их работа закладывает фундамент для создания компактных сборщиков энергии и беспроводных систем следующего поколения.
