Войти

Создано квантово-электронное устройство, способное работать около года на одном импульсе энергии

3194
1
+2
Создано квантово-электронное устройство, способное работать около года на одном импульсе энергии
Создано квантово-электронное устройство, способное работать около года на одном импульсе энергии.
Источник изображения: industry-hunter.com

Несколько последних лет в области электроники, в частности в области устройств из разряда Интернета Вещей, наблюдается тенденция постоянного увеличения энергетической эффективности этих устройств. Это происходит благодаря тому, что ученые и инженеры постоянно изобретают новые методы, позволяющие обеспечить более длительную работу устройств при меньших затратах энергии. Своего рода рекорда в этом направлении удалось добиться ученым из Вашингтонского университета, созданный в их лаборатории опытный вариант датчика-логгера способен работать около года на энергии всего одного импульса, которая эквивалентна суммарной энергии всего 50 миллионов электронов. А достигнуто это было за счет использования физического явления, называемого квантовым туннелированием.

Законы квантовой физики, которые действую на уровне отдельных атомов и субатомных частиц, определяют то, что электрон может вести себя, как частица и как волна одновременно. Это явление называется квантовым дуализмом и в данном случае оно используется для управления перемещениями электронов из одной части схемы в другие практически без потерь энергии.

В обычных электронных устройствах для возникновения электрического тока, который является основным носителем информации, требуется постоянное снабжение электронов избыточной энергией для того, чтобы они могли преодолевать возникающие на их пути потенциальные барьеры. И если вы собираетесь сделать действительно эффективное устройство, работающее с очень малыми затратами энергии, то преодоление потенциальных барьеров необходимо реализовывать более "хитрыми" путями, нежели при традиционном подходе.



 

И именно здесь нам помогают законы квантовой механики, которые используются для формирования особого потенциального барьера. В данном случае этим барьером является туннельный переход Фаулера-Нордгейма (Fowler-Nordheim tunnelling barrier), ширина которого не превышает 100 атомов. Путем создания такого перехода ученые сумели замедлить поток электронов, что в свою очередь, позволило держать всю систему во включенном стабильном состоянии длительное время.

Созданное учеными устройство состояло из двух систем. Первая система представляла собой датчик и логгер (устройство запоминания показаний датчика), которые можно легко адаптировать или заменить на другие, выполняющие функции контроля концентрации глюкозы в крови, измерения температуры, контроля подачи лекарственных препаратов и т.п.

Второй частью устройства являлся собственно сверхвысокоэффективный динамический преобразователь энергии на базе туннельных переходов Фаулера-Нордгейма, в который поступала энергия от пьезоэлектрического акселерометра, вырабатывающего слабые импульсы тока в ответ на движение. В принципе, столь высокоэффективная система сбора и преобразования энергии вполне допускает использование источников энергии других типов, к примеру, преобразования в электричество малой часть тепла тела человека или энергии радиоволн.

Сейчас мы имеем универсальную платформу — пишут исследователи, — Ее конечная функциональность будет зависеть от того, что будет подключено к нашему высокоэффективному преобразователю энергии, способному обеспечить энергией и датчик и устройство хранения данных, которые смогут работать очень долгое время, не нуждаясь в батарее или другом традиционном источнике энергии.

Права на данный материал принадлежат
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Страны
Проекты
1 комментарий
№1
04.12.2020 10:26
Чтобы "преодоление потенциальных барьеров реализовывать более "хитрыми" путями" создали "особый потенциальный барьер"?! Замечательное объяснение принципа работы!
0
Сообщить
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 24.09 15:21
  • 0
К вопросу о выживании государства
  • 24.09 15:03
  • 0
Восточную Европу готовят к боевым действиям
  • 24.09 14:53
  • 10592
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 24.09 12:23
  • 2
Россия заново научилась создавать серийные гражданские самолеты
  • 24.09 12:18
  • 3
В Иран доставлены российские истребители МиГ-29 и Су-35
  • 24.09 12:09
  • 1
Росгвардейцы в зоне СВО переводят радиоуправляемые дроны на оптоволокно
  • 24.09 12:05
  • 1
Раскрыто значение воздушных шаров во время атаки на Россию
  • 24.09 11:05
  • 1
Озвучены неожиданные последствия военной активности США у берегов Венесуэлы
  • 24.09 07:49
  • 95
ChatGPT-4 и нейросети (ИИ) спешат на помощь ГШ ВС РФ и Российской армии
  • 24.09 05:04
  • 0
Комментарий к "Путин играет с НАТО в опасную игру (Financial Times, Великобритания)"
  • 24.09 02:19
  • 0
Ответ на "Генерал Маев: Т-90М будет состоять на вооружении еще как минимум 10-15 лет"
  • 23.09 22:49
  • 0
Комментарий на "Россия удваивает производство ракет для комплексов ПВО С-400 (Military Watch Magazine, США)"
  • 23.09 20:45
  • 0
Ответ на "Мотивации"
  • 23.09 13:35
  • 0
Мотивации
  • 23.09 13:31
  • 0
Психология игроков: почему мы выбираем разные жанры