Международная группа ученых совершила прорыв в области квантовых материалов, который в будущем может привести к созданию электронных устройств, работающих без батареек и питающихся от энергии окружающей среды. Исследователи обнаружили способ контроля над нелинейным эффектом Холла — квантовым явлением, которое позволяет преобразовывать переменный ток в постоянный без использования традиционных диодов или громоздких компонентов.
В ходе исследования, проведенного под руководством профессора Дунчэна Ци из Школы химии и физики Квинслендского технологического университета и профессора Сяо Реншэна Вана из Наньянского технологического университета в Сингапуре, ученые сосредоточились на изучении механизмов, управляющих нелинейным эффектом Холла. В отличие от классического эффекта Холла, открытого Эдвином Холлом в 1879 году и широко применяемого сегодня в датчиках для автомобилей, смартфонов и игровых контроллеров, нелинейная версия этого эффекта проявляется даже в отсутствие магнитного поля. Как объяснил профессор Ци, этот эффект позволяет напрямую преобразовывать переменные сигналы в постоянный ток, необходимый для питания электроники, что открывает путь к созданию датчиков и чипов, способных работать без батарей, черпая энергию прямо из окружающей среды.
Для эксперимента команда использовала высококачественный топологический материал, обладающий уникальными электронными свойствами. Ключевым открытием стало то, что нелинейный эффект Холла в этом материале остается стабильным вплоть до комнатной температуры. Более того, ученые выяснили, что направлением и силой генерируемого напряжения можно управлять с помощью температуры. При низких температурах на поведение эффекта влияют мельчайшие дефекты структуры материала, а при более высоких — естественные колебания кристаллической решетки заставляют электрический сигнал менять направление. Понимание этих внутренних процессов, по словам профессора Ци, позволит инженерам проектировать устройства, использующие данный квантовый эффект для практических целей, от самопитаемых датчиков и носимой электроники до сверхбыстрых компонентов для сетей связи нового поколения.
Результаты этого исследования были в научном журнале Newton.