Войти

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

2913
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
  • 21.11 21:00
  • 5811
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 21.11 20:03
  • 1
Аналитик Коротченко считает, что предупреждения об ответном ударе РФ не будет
  • 21.11 16:16
  • 136
В России запустили производство 20 самолетов Ту-214
  • 21.11 13:19
  • 16
МС-21 готовится к первому полету
  • 21.11 13:14
  • 39
Какое оружие может оказаться эффективным против боевых беспилотников
  • 21.11 12:38
  • 1
ВСУ получили от США усовершенствованные противорадиолокационные ракеты AGM-88E (AARGM) для ударов по российским средствам ПВО
  • 21.11 12:14
  • 0
Один – за всех и все – за одного!
  • 21.11 12:12
  • 0
Моделирование боевых действий – основа системы поддержки принятия решений
  • 21.11 11:52
  • 11
Почему переданные Украине ЗРС Patriot отнюдь не легкая мишень для ВКС России
  • 21.11 04:31
  • 0
О "мощнейшем корабле" ВМФ РФ - "Адмирале Нахимове"
  • 21.11 02:41
  • 1
Стало известно о выгоде США от модернизации мощнейшего корабля ВМФ России
  • 21.11 01:54
  • 1
Проблемы генеративного ИИ – версия IDC
  • 21.11 01:45
  • 1
«Тегеран считает Россию хрупкой и слабой»: иранский эксперт «объяснил» суть якобы возникших разногласий между РФ и Исламской Республикой
  • 21.11 01:26
  • 1
Пентагон не подтвердил сообщения о разрешении Украине наносить удары вглубь РФ американским оружием
  • 20.11 20:38
  • 0
Ответ на ""Сбивать российские ракеты": в 165 км от границы РФ открылась база ПРО США"