Международная группа ученых добилась значительного прогресса в изучении квантовых материалов, что открывает перспективы для разработки электронных устройств, не требующих батарей и использующих энергию из окружающей среды. Специалистам удалось найти метод управления нелинейным эффектом Холла – квантовым явлением, позволяющим преобразовать переменный ток в постоянный без применения обычных диодов или сложных конструктивных элементов.
Изучением механизмов, определяющих нелинейный эффект Холла, занимались ученые под руководством профессора Дунчэна Ци из Школы химии и физики Квинслендского технологического университета и профессора Сяо Реншэна Вана из Наньянского технологического университета в Сингапуре. В отличие от классического эффекта Холла, впервые описанного Эдвином Холлом в 1879 году и находящего широкое применение в автомобильных датчиках, смартфонах и игровых контроллерах, нелинейный эффект демонстрируется даже при отсутствии магнитного поля. По словам профессора Ци, данный эффект позволяет напрямую преобразовывать переменный ток в постоянный, необходимый для работы электроники, и, таким образом, создает возможность для разработки датчиков и чипов, не требующих батарей и получающих энергию непосредственно из окружающей среды.
В ходе эксперимента исследователи применили топологический материал высокого качества, характеризующийся особыми электронными свойствами. Важным результатом стало обнаружение того, что нелинейный эффект Холла в этом материале сохраняет стабильность даже при комнатной температуре. Кроме того, ученые установили, что температуру можно использовать для регулирования направления и величины генерируемого напряжения. На поведение эффекта при низких температурах оказывают влияние незначительные дефекты в структуре материала, а при повышении температуры колебания кристаллической решетки приводят к изменению направления электрического сигнала. По словам профессора Ци, понимание этих внутренних механизмов позволит инженерам разрабатывать устройства, использующие этот квантовый эффект для решения практических задач, таких как создание самопитаемых датчиков и носимой электроники, а также сверхбыстрых компонентов для сетей связи будущего.
Результаты этого исследования были в научном журнале Newton.