Квантовое туннелирование позволит датчикам работать без батарей
С помощью квантовомеханического эффекта сотрудники Инженерной школы Университета Вашингтона в Сент-Луисе (штат Миссури) преодолели фундаментальное ограничение, препятствовавшее дальнейшему снижению энергопотребления разрабатываемых ими датчиков.
В классической физике электрон может преодолеть энергетический барьер только при условии, что обладает большей энергией. Однако явление квантового туннелирования позволяет электронам меньшей энергии проходить сквозь такой барьер и участвовать в создании электрического тока.
В журнале Nature Communications группа под руководством профессора Шантану Чакрабарти (Shantanu Chakrabartty) смогла отчитаться о создании автономного квантового устройства, способного работать более года от конденсатора с небольшим начальным зарядом (около 50 млн электронов).
Всего из четырех конденсаторов и двух транзисторов в лаборатории Чакрабарти сконструировали две динамические системы. Одна из них была референсной, а другая соединялась с пьезоэлектрическим преобразователем - датчиком ускорения. Электрический сигнал, поступавший от преобразователя, например, при встряхивании, изменял энергию барьера, что в свою очередь влияло на скорость просачивания сквозь него электронов.
В конце каждого эксперимента ученые сравнивали напряжение на конденсаторах референсной и измерительной систем. Разница показаний давала им реальную величину сигнала от пьезодатчика.
В конечном счете, такие миниатюрные и автономные датчики, по мнению изобретателей, можно будет использовать буквально везде: от непрерывного отслеживания уровня глюкозы в организме человека до регистрации активности мозговых нейронов.
