量子發現有望催生無需電池的能量收集設備

量子材料可在無需磁鐵或笨重二極管的情況下，將環境中的交流信號轉換為可用的直流電。

一個國際科學家團隊證明，可以借助量子材料內部的微小缺陷和振動，來控制一種名為"非線性霍爾效應"的奇特量子效應。這項新發現可能為更小巧、更高效的能量收集設備鋪平道路。研究人表示，令人印象深刻的是，這項技術有朝一日或許能讓電子設備無需電池，直接從周圍環境中獲取能量運行。

助力實現無電池設備的量子效應

由昆士蘭科技大學化學與物理學院的亓東晨教授和新加坡南洋理工大學的王驍赟教授領導的團隊，旨在探究控制非線性霍爾效應的機制。

霍爾效應是埃德溫·霍爾于1879年發現的一種可觀測現象。當電流流過一塊平坦的金屬或半導體，并施加一個垂直于電流方向的磁場時，會在材料的橫向兩側（即同時垂直于電流和磁場的方向）產生一個可測量的電壓。

這一效應通過霍爾效應傳感器廣泛應用于許多日常電子系統中。它們驅動著汽車中用于車速表的輪速傳感器，也存在于我們的智能手機中，以及用于視頻游戲控制器的霍爾效應操縱桿中。

與經典霍爾效應不同，非線性霍爾效應允許將交流電信號轉換為可用的直流電，而無需傳統的二極管或大型組件。亓教授在一份新聞聲明中解釋道："非線性霍爾效應是凝聚態物理中一種復雜的量子現象，即使在沒有磁場的情況下，也能在垂直于所施加的交流電的方向上產生電壓。""這種效應使我們能夠直接將交流信號轉換為直流電，而這正是為電子設備供電所需要的。原則上，這意味著傳感器或芯片可以不依賴電池運行，直接從其環境中獲取能量。"

構建下一代設備

在他們的研究中，該團隊研究了一種具有不尋常電子特性的高質量拓撲材料。他們發現，非線性霍爾效應在高達室溫的溫度下依然保持穩定。他們還發現，可以利用溫度來控制所產生的電壓的方向和強度。在較低溫度下，材料內部的微小缺陷主導著這種行為。然而，在較高溫度下，晶格的自然振動會導致電信號改變方向。

亓教授表示："一旦你理解了材料內部發生的事情，你就可以設計設備來利用它。""那時，量子效應就不再是抽象的概念，而是開始變得有用——為從自供能傳感器、可穿戴技術到下一代無線網絡中的超快組件等未來應用提供支持。"

這項研究發表在《牛頓》期刊上。

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