Ученые открыли квантовый эффект, который может избавить от батарей

Микроскопические дефекты внутри квантового материала могут стать ключом к созданию электроники без батарей, работающей за счет энергии, которая уже есть вокруг нас. Источник: AI/ScienceDaily.com

Ученые обнаружили новый способ управления необычным квантовым явлением, которое в будущем может помочь питать электронные устройства без батарей.

Международная исследовательская группа под руководством профессора Дунчэна Ци из Школы химии и физики Квинслендского технологического университета (QUT) и профессора Сяо Реншао Вана из Наньянского технологического университета в Сингапуре изучила физику, лежащую в основе нелинейного эффекта Холла (NLHE) — квантового явления, обладающего значительным потенциалом для будущих технологий сбора энергии.

В отличие от классического эффекта Холла, NLHE может преобразовывать переменные электрические сигналы непосредственно в постоянный ток. Это означает, что энергию от беспроводных передач или других источников окружающей среды потенциально можно превращать в пригодное для использования электричество без применения традиционных диодов или других громоздких электронных компонентов.

«NLHE — это сложное квантовое явление в физике конденсированного состояния, при котором напряжение генерируется перпендикулярно приложенному переменному току даже в отсутствие магнитного поля», — объяснил профессор Ци.

«Этот эффект позволяет нам преобразовывать переменные сигналы непосредственно в постоянный ток, который необходим для питания электронных устройств. В принципе, это означает, что датчики или чипы смогут работать без батарей, получая энергию из окружающей среды».

Квантовый материал демонстрирует стабильную работу при комнатной температуре

Чтобы лучше понять, как работает эффект, исследователи изучили высококачественный топологический материал, известный своим необычным электронным поведением.

Их эксперименты показали, что нелинейный эффект Холла остается стабильным даже при комнатной температуре, что является важным шагом на пути к практическому применению за пределами лаборатории.

Команда также обнаружила, что температура играет ключевую роль в определении как силы, так и направления электрического напряжения, создаваемого материалом.

Как дефекты и атомные вибрации управляют эффектом

При более низких температурах наибольшее влияние на квантовый эффект оказывали крошечные несовершенства внутри материала. По мере повышения температуры все более важными становились естественные колебания кристаллической решетки.

Этот сдвиг приводил к изменению направления генерируемого электрического сигнала на противоположное, открывая ранее неизвестный механизм управления явлением.

«Как только вы понимаете, что происходит внутри материала, вы можете разрабатывать устройства, чтобы использовать это в своих интересах», — сказал профессор Ци.

«Именно тогда квантовые эффекты перестают быть абстрактными и начинают становиться полезными — поддерживая будущие приложения, от автономных датчиков и носимых технологий до сверхбыстрых компонентов для сетей следующего поколения».

Полученные результаты дают новое понимание того, как ведут себя квантовые материалы, и могут помочь исследователям разрабатывать более миниатюрные, быстрые и энергоэффективные технологии, которые получают энергию из окружающей среды.

Источники:

Материалы предоставлены Квинслендским технологическим университетом.

Сюэянь Ван, Тао Хоу, Чжэжуй Ян, Шэнъяо Ли, Тяньлинь Цзинь, Кон Сяо, Зденек Софер, Дун-Чэнь Ци, Гоцин Чан, Сяо Реншао Ван. Раскрытие вкладов рассеяния в нелинейный эффект Холла в топологическом изоляторе Bi2Te3. Newton, 2026; 2 (4): 100410 DOI: 10.1016/j.newton.2026.100410