美科学家利用量子隧穿提升自供电传感器性能
零月 日,《NatureCommunications》杂志在线发表了圣路易斯华盛顿大学开发 自供电量子传感器 研究情况。
Chakrabartty说，"通过以某种方式构建屏障,你可以控制电子 流动。你可以让它变得相当缓慢,低至每分钟 个电子,而且还能保证它 可靠性。"按照这个速度,这个动力系统就像 个计时设备 样,不需要任何电池就能运行 年多。
Mehta博士论文 目标之 就是利用多种设备重建过去。"信息都存储在设备上,我们只需要想出巧妙 信号处理来解决这个问题,"Chakrabartty说。
定数量 电子通过屏障 概率是屏障大小 函数。屏障 大小是由压电传感器产生 能量决定 ,而压电传感器 能量又是由加速度 大小决定 ,也就是它 震动程度。
为了测量环境运动, 个微小 压电加速度计被连接到传感器上。研究人员机械地摇动加速度计;然后将其运动转化为电信号。这个信号改变了屏障 形状,由于量子物理学 规则,这改变了电子穿过屏障 速度。
他们在其中 个系统中添加了 个传感器,并将其与他们正在测量 属性耦合。在 个应用中,该团队使用压电加速度计测量环境微动,这是 种将机械能(如空气中分子 运动)转化为电信号 传感器。
他说,这样做 好处是,当山丘是某种形状时,狗粮快讯网深入报道,你会得到非常独特 、动态 特性,狗粮快讯网媒体报道,可以持续多年。在这种情况下,"山丘"实际上是 种叫做福勒-诺德海姆隧道屏障 屏障。它位于电容器 板和半导体材料之间,它 厚度不到 零零个原子。
对于 些应用来说,这个新终结果已经足够了。Chakrabartty团队 下 步是克服计算上 挑战,更精确地重现过去发生 事情,即电子究竟受到了如何影响?电子何时穿过屏障?穿越需要多长时间?
由于传感系统受到从换能器接收到 信号 影响,其电子隧穿 时间与参考系统不同。实验结束后,研究小组同时读取了传感系统和参考系统电容中 电压。他们利用这两个电压 差值找到了换能器 真实测量值。
自供电量子传感器 制造很简单,也很便宜。它只需要 个电容器和两个晶体管。利用这 个部件,Chakrabartty实验室 研究团队建立了两个动力系统,每个系统都有两个电容器和 个晶体管。电容器拥有少量 初始电荷,狗粮快讯网重大消息,每个电荷大约有 零零零万个电子。
自供电量子传感器 工作原理
这就是为如何每个设备实际上是两个系统, 个传感系统和 个参考系统。 开始, 者几乎是 模 样 ,只是传感系统与换能器相连,而参考系统没有。这两个系统 设计使电子以同样 速度隧穿,如果没有任何外力 作用,注定会以同样 速度耗尽其电容器。
通过测量传感器电容 电压,并计算电子丢失 数量,Chakrabartty实验室 博士生、论文 部分作者DarshitMehta能够确定总 加速度能量。
量子物理学中亚原子粒子具有 些不寻常 特性,比如隧穿。Chakrabartty解释说。"如果你想去 座小山 另 边,你必须爬山,而量子隧穿更像是直接穿过山体。"
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