Войти

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

3167
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
  • 02.09 02:26
  • 1
Страны ШОС выступают за сохранение космического пространства свободным от оружия
  • 02.09 02:18
  • 1
Европе нужен собственный "путь войны" (Der Spiegel, Германия)
  • 01.09 20:33
  • 0
Комментарий к ""Дракон", "Черный орел", "Прорыв": как танкопром искал пути к совершенству"
  • 01.09 18:29
  • 0
Ответ на "Зеленский заявил о планировании новых ударов по РФ и показал пуск «Фламинго»"
  • 01.09 18:15
  • 0
Комментарий к "Впервые в истории! Детальный анализ ядерной доктрины России (JB Press, Япония)"
  • 01.09 16:35
  • 10355
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 01.09 16:31
  • 0
Агрессивный «Защитник»
  • 01.09 11:20
  • 1
Если завтра война: пять пакистанских видов вооружений, которых должна бояться Индия (The National Interest, США)
  • 01.09 10:39
  • 1
Трамп обсуждает отправку на Украину частной армии (The Telegraph UK, Великобритания)
  • 01.09 10:35
  • 1
Зеленский заявил о планировании новых ударов по РФ и показал пуск «Фламинго»
  • 01.09 06:14
  • 0
Новые антирусские "тараны"?
  • 01.09 05:42
  • 147
Путин и отношения с Азербайджаном: фокус на Южном Кавказе (Al Mayadeen, Ливан)
  • 31.08 19:15
  • 10
Терпение Мишустина лопнуло? Авиапрому прислали доктора – Германа Грефа
  • 31.08 06:04
  • 1
Комментарий к "Малый с «Калибром»: как новые корабли усилят ВМФ России"
  • 30.08 10:50
  • 1527
Корпорация "Иркут" до конца 2018 года поставит ВКС РФ более 30 истребителей Су-30СМ