11-23 10:07 100개 순위 창작자, 과학의 달인, 양질의 창작자
전자 가젯과 센서에 대한 우리의 수요가 증가함에 따라, 과학자들은 장비가 더 적은 에너지로 더 긴 시간을 전력으로 공급할 수 있는 새로운 방법을 고안했다.
양자 게르마늄이 뚫리는 물리적 현상으로 실험실에서 발명된 최신 센서는 한 번의 에너지 폭발로 꼬박 1년 동안 작동할 수 있다.
터널 효과는 5000만 전자 도약을 통해 4개의 커패시터와 두 개의 트랜지스터로만 구성된 이 간단하고 저렴한 장비가 오랫동안 지속 작동할 수 있다는 것을 의미한다.
가장 작은 원자 스케일에 적용되는 물리학의 양자 규칙은 전자가 입자로 표현될 수 있고 파동으로 표현될 수 있다는 것을 의미하며 과학자들이 이런 행동을 이용하여 전자가 회로의 한쪽에서 다른 쪽으로 흘러가는 것을 정밀하게 제어할 수 있다는 것을 의미한다.
그림 참고: 양자 터널 센서 칩셋 및 Fowler-Nordheim 터널 세루. (사진은 차크라바티 연구소에서 온 것이다.
세인트루이스 워싱턴 대학의 전기공학자 샹타누 차크라바티(Shantanu Chakrabartty)는 "다른 쪽에 도달하려면 언덕을 직접 올라가야 한다"고 말했다. "양자 터널은 언덕을 통과하는 것에 가깝다. "
전류를 발생시키기 위해 장치는 전자에 충분히 강한 추진력을 가할 수 있어야 하는데, 이 추진력은 특정 임계값을 초과해야 하기 때문에 임계값 에너지라고 한다. 장치를 가능한 낮은 전력으로 실행하려고 하면 이 임계값에 도달하는 것이 까다로울 수 있다.
이것은 양자역학 부분의 유용성이다: 극복해야 할 세루를 만들기 위해 특정한 방법을 취함으로써 여러 가지 다양한 방법으로 전자의 흐름을 제어할 수 있다.
이런 상황에서 '세루'는 이른바 Fowler-Nordheim 터널 세루로 두께가 100개도 안 되는 원자다. 이런 방식으로 세루를 구축함으로써 과학자들은 시스템(와 장비)을 안정적으로 유지하고 켜는 동안 전자의 흐름 속도를 늦출 수 있었다.
차클라바티는 "나무에 걸린 사과가 있다고 상상한다"며 "나무를 흔들어도 되지만 사과는 떨어지지 않는다. 사과가 흔들릴 수 있도록 충분한 견인력을 줘야 합니다. ""이것은 전자를 세루에서 움직이게 하는 데 필요한 최소한의 에너지이다. "
장비 안에는 두 개의 동력계통이 있고 하나의 동력계통에는 하나의 트랜스듀서(에너지 컨버터)가 있다. 그 팀은 그들의 세루를 형성하기 위해 뒤로 작업해야 하고, 먼저 전자 움직임을 측정한 다음 그에 따라 Fowler-Nordheim의 설정을 보완해야 한다.
연구자들이 최종적으로 얻은 것은 별도의 전원 없이 두 내부 시스템 사이의 상호작용을 이용해 데이터를 감지하고 기록하는 장치였다. 예를 들어, 비슷한 것은 혈액 속의 포도당을 모니터링하거나 백신 운송의 온도를 측정하는 데 사용될 수 있습니다 - 배터리가 필요 없다.
이 경우 사용되는 센서는 감응하고 주변의 움직임에 의해 동력을 공급할 수 있는 압전 가속도계이지만, 장기간 작동하는 고효율 시스템의 기본 원리는 다른 유형의 에너지 수집에도 적용될 수 있다.
"현재 이 플랫폼은 일반화되어 있습니다. "차클라바티는 "이는 기기와 결합하는 내용에만 달려 있습니다. 전기 신호를 생성할 수 있는 센서가 있으면 센서 데이터 레코더에 전원을 공급할 수 있습니다. "
