量子发现有望催生无需电池的能量收集设备

量子材料可在无需磁铁或笨重二极管的情况下，将环境中的交流信号转换为可用的直流电。

一个国际科学家团队证明，可以借助量子材料内部的微小缺陷和振动，来控制一种名为"非线性霍尔效应"的奇特量子效应。这项新发现可能为更小巧、更高效的能量收集设备铺平道路。研究人表示，令人印象深刻的是，这项技术有朝一日或许能让电子设备无需电池，直接从周围环境中获取能量运行。

助力实现无电池设备的量子效应

由昆士兰科技大学化学与物理学院的亓东晨教授和新加坡南洋理工大学的王骁赟教授领导的团队，旨在探究控制非线性霍尔效应的机制。

霍尔效应是埃德温·霍尔于1879年发现的一种可观测现象。当电流流过一块平坦的金属或半导体，并施加一个垂直于电流方向的磁场时，会在材料的横向两侧（即同时垂直于电流和磁场的方向）产生一个可测量的电压。

这一效应通过霍尔效应传感器广泛应用于许多日常电子系统中。它们驱动着汽车中用于车速表的轮速传感器，也存在于我们的智能手机中，以及用于视频游戏控制器的霍尔效应操纵杆中。

与经典霍尔效应不同，非线性霍尔效应允许将交流电信号转换为可用的直流电，而无需传统的二极管或大型组件。亓教授在一份新闻声明中解释道："非线性霍尔效应是凝聚态物理中一种复杂的量子现象，即使在没有磁场的情况下，也能在垂直于所施加的交流电的方向上产生电压。""这种效应使我们能够直接将交流信号转换为直流电，而这正是为电子设备供电所需要的。原则上，这意味着传感器或芯片可以不依赖电池运行，直接从其环境中获取能量。"

构建下一代设备

在他们的研究中，该团队研究了一种具有不寻常电子特性的高质量拓扑材料。他们发现，非线性霍尔效应在高达室温的温度下依然保持稳定。他们还发现，可以利用温度来控制所产生的电压的方向和强度。在较低温度下，材料内部的微小缺陷主导着这种行为。然而，在较高温度下，晶格的自然振动会导致电信号改变方向。

亓教授表示："一旦你理解了材料内部发生的事情，你就可以设计设备来利用它。""那时，量子效应就不再是抽象的概念，而是开始变得有用——为从自供能传感器、可穿戴技术到下一代无线网络中的超快组件等未来应用提供支持。"

这项研究发表在《牛顿》期刊上。

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