acecook

Theo dõi pin EV với cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao

Công nghiệp năng lượng
11/03/2025 16:09
Khi thử nghiệm cảm biến bằng kỹ thuật cộng hưởng từ phát hiện quang học (ODMR), các nhà nghiên cứu phát hiện có thể đo dòng điện nhỏ tới 10 miliampe trong các khoảng thời gian khác nhau.
aa
Nghiên cứu và đánh giá mô hình tái chế rác thải từ pin năng lượng mặt trời [Infographic] Những ưu điểm của pin năng lượng mặt trời

Cảm biến đang sử dụng trên thị trường có nhiều hạn chế

Theo đó, khi hướng đến xe điện có phạm vi hoạt động xa hơn, sạc nhanh hơn và cải thiện độ an toàn, các nhà sản xuất cũng nhận thấy nhu cầu về công nghệ quản lý pin xe điện hiệu quả đang tăng lên. Các cảm biến hiện đang được sử dụng để theo dõi pin xe điện thường bị nóng và mất năng lượng, gặp khó khăn với độ chính xác thấp và đôi khi không phát hiện được những biến động nhỏ trong dòng điện của pin, dẫn đến việc quản lý năng lượng kém hiệu quả hơn.

Nghiên cứu chỉ ra, cảm biến lượng tử kim cương có thể khắc phục được những hạn chế nêu trên. Tuy nhiên, tinh thể kim cương được sử dụng cho các cảm biến này thường rất nhỏ, chỉ rộng vài milimét. Giới hạn kích thước xuất phát từ những khó khăn trong việc sản xuất các chất nền kim cương, dẫn đến hạn chế các cảm biến trong công nghiệp.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu Nhật Bản từ Viện Khoa học Tokyo (ISCT) đã tạo ra một chất nền kim cương diện tích lớn với các tâm khuyết nitơ (NV) trên một chất nền không phải kim cương. Thiết lập này hoạt động giống như một nền tảng hoàn hảo cho các cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao dành cho pin EV.

Theo dõi pin EV với cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao
Cảm biến lượng tử kim cương có thể khắc phục được những hạn chế của cảm biến hiện đang sử dụng (Ảnh minh họa, Interesting Engineering)

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ tăng trưởng heteroepitaxial để phát triển nền tảng. Quá trình này bao gồm việc phát triển một lớp tinh thể trên một chất nền của một vật liệu khác, cho phép tích hợp các vật liệu khác nhau với các đặc tính khác nhau.

Có thể hình dung như việc đặt những viên gạch không cùng vật liệu trên một bề mặt, nhưng đảm bảo chúng được xếp thẳng hàng. Phương pháp này cho phép tích hợp các trung tâm NV trong mạng tinh thể kim cương. Các trung tâm này rất quan trọng để phát hiện những thay đổi tinh tế trong từ trường, đây là một chức năng rất hữu ích để theo dõi pin EV.

Để tạo ra nền tảng cảm biến lượng tử kim cương, trước tiên các nhà khoa học đã chọn một chất nền không phải kim cương tương thích với sự phát triển heteroepitaxial. Sau đó, bằng cách sử dụng lắng đọng hơi hóa học (CVD), họ lắng đọng các màng kim cương lên các chất nền. Điều này cho phép họ kiểm soát chính xác cấu trúc tinh thể của kim cương.

Tiếp theo, họ thêm một lớp kim cương nitơ-vacancy (NV) dày 150 micromet, cho phép cảm biến phát hiện những thay đổi từ tính nhỏ. Lớp này có thời gian liên kết spin (T2) là 20 micro giây, nghĩa là nó có thể duy trì thông tin lượng tử đủ lâu để đo chính xác.

Cuối cùng, họ căn chỉnh các tâm NV theo các hướng cụ thể trong mạng kim cương. Điều này dẫn đến nồng độ khuyết tật nitơ là tám phần triệu (ppm), đây là yếu tố chính trong hiệu suất cảm biến lượng tử .

Ngoài ra, để cải thiện độ chính xác, nhóm nghiên cứu đã thêm một cơ chế hiệu chỉnh độ nghiêng để điều chỉnh các sai lệch nhỏ trong tinh thể kim cương. Điều này đảm bảo cảm biến hoạt động tốt, giống như các cảm biến dựa trên kim cương truyền thống. Cảm biến lượng tử kim cương với các trung tâm NV hiện đã sẵn sàng để thử nghiệm.

Theo dõi pin EV với cảm biến lượng tử kim cương có độ nhạy cao
Sơ đồ cho thấy quá trình sản xuất cảm biến lượng tử kim cương (Nguồn ảnh: Kajiyama và cộng sự)

Cảm biến kim cương có thể đo các dòng điện nhỏ tới 10 miliampe

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm cảm biến bằng một kỹ thuật gọi là cộng hưởng từ phát hiện quang học (ODMR) trong một thiết lập dựa trên sợi quang. ODMR là một kỹ thuật được sử dụng để đo các từ trường nhỏ bằng ánh sáng và vi sóng. Nó hoạt động bằng cách phát hiện cách các khuyết tật đặc biệt trong vật liệu, như các trung tâm NV trong kim cương, phản ứng với từ trường.

Nhóm nghiên cứu đã đạt được khả năng phát hiện dòng điện có độ nhạy cao trong quá trình thử nghiệm ODMR. Cảm biến kim cương có thể đo các dòng điện nhỏ tới 10 miliampe trong các khoảng thời gian khác nhau, dao động từ 10 mili giây đến 100 giây.

Khi nói đến pin EV, hiệu suất và tuổi thọ của chúng phụ thuộc vào việc theo dõi chính xác cách dòng điện chảy vào và ra. Cảm biến lượng tử kim cương có thể phát hiện những biến động nhỏ trong dòng điện và giúp duy trì tình trạng pin ở mức tối ưu.

Mutsuko Hatano, giáo sư tại trường kỹ thuật ISCT, một trong những nhà nghiên cứu cho biết: "Khả năng đo dòng điện chính xác trong khi giảm thiểu nhiễu khiến cảm biến này trở thành ứng cử viên đầy hứa hẹn để giám sát hệ thống pin trong xe điện, nơi độ chính xác và độ tin cậy là tối quan trọng".

Nhóm nghiên cứu cũng lập kế hoạch tăng mật độ các trung tâm NV trong các cảm biến kim cương để có thể mang lại hiệu suất tốt hơn. Hy vọng, nghiên cứu hiện tại và tương lai sẽ sớm cho phép tích hợp công nghệ lượng tử đầy hứa hẹn này vào EV trên quy mô lớn.

Nguyên Ngọc (Theo Interesting Engineering)

Bài liên quan
nam-moi
Tin bài khác
Hồ Gươm rực sắc đào xuân, thành điểm check-in "nóng" nhất Hà Nội dịp Tết Bính Ngọ

Hồ Gươm rực sắc đào xuân, thành điểm check-in "nóng" nhất Hà Nội dịp Tết Bính Ngọ

Những ngày giáp Tết Nguyên đán Bính Ngọ 2026, khu vực quanh Hồ Hoàn Kiếm và phố cổ Hà Nội ngập tràn sắc xuân với hàng trăm gốc đào, quất cảnh cùng nhiều tiểu cảnh hoa được bố trí công phu. Không gian rực rỡ giữa trung tâm Thủ đô thu hút đông đảo người dân và du khách đến tham quan, chụp ảnh.
Từ dữ liệu thô đến giá trị kinh tế cao: Việt Nam cần gì để bứt phá?

Từ dữ liệu thô đến giá trị kinh tế cao: Việt Nam cần gì để bứt phá?

Trên thế giới, dữ liệu đã trở thành “mỏ vàng” của nền kinh tế tri thức. Các doanh nghiệp dẫn đầu đều xây dựng lợi thế cạnh tranh từ phân tích dữ liệu và trí tuệ nhân tạo. Tại Việt Nam, chuyển đổi số đang diễn ra mạnh mẽ, song việc biến dòng dữ liệu khổng lồ thành giá trị kinh tế thực chất vẫn là bài toán chưa có lời giải trọn vẹn. Khung thể chế cho chia sẻ dữ liệu, thị trường giao dịch dữ liệu, nguồn nhân lực khoa học dữ liệu và hạ tầng điện toán vẫn còn nhiều khoảng trống. Chuyên gia kinh tế, TS. Nguyễn Minh Phong chia sẻ câu chuyện đâu là “điểm nghẽn”, đâu là “cửa mở” để Việt Nam không bỏ lỡ cơ hội trong cuộc đua kinh tế dữ liệu toàn cầu.
[E-Magazine] 9 doanh nhân tuổi Bính Ngọ

[E-Magazine] 9 doanh nhân tuổi Bính Ngọ

Sinh năm 1966 - năm Bính Ngọ, một thế hệ bước ra đời giữa những khúc quanh lớn của thế giới như Chiến tranh Lạnh khép lại, toàn cầu hóa mở ra, công nghệ tăng tốc, còn các nền kinh tế thì liên tục tự làm mới mình. TĐHNN chọn giới thiệu 9 doanh nhân dưới đây không chỉ như những câu chuyện làm giàu, mà như những lát cắt sinh động về cách con người thích nghi, dẫn dắt và để lại dấu ấn trong trật tự kinh tế - xã hội đương đại.
Đón giao thừa giữa trưa nắng Varadero

Đón giao thừa giữa trưa nắng Varadero

Trải nghiệm đón giao thừa đặc biệt giữa trưa nắng tại Varadero, Cuba, với không khí trong lành, pháo hoa và những khoảnh khắc ý nghĩa bên biển xanh.
Bộ Khoa học và Công nghệ dâng hương đầu Xuân, khởi động năm mới bằng tinh thần phụng sự và đổi mới

Bộ Khoa học và Công nghệ dâng hương đầu Xuân, khởi động năm mới bằng tinh thần phụng sự và đổi mới

Sáng ngày 17/2/2026 (tức mùng 1 Tết), theo truyền thống vào ngày đầu năm mới, năm nay ngày đầu năm Bính, đoàn đại biểu Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN) do Bộ trưởng Bộ KH&CN Nguyễn Mạnh Hùng làm trưởng đoàn đã dâng hương tưởng niệm Chủ tịch Hồ Chí Minh tại Khi Di tích Đá Chông - K9 - nơi lưu giữ những ký ức đặc biệt về Chủ tịch Hồ Chí Minh. Tham gia Đoàn có Thứ trưởng Bùi Hoàng Phương cùng đại diện một số lãnh đạo các đơn vị trực thuộc Bộ.
Kỳ 2: Đầu tư không tự động biến thành năng lực nội sinh

Kỳ 2: Đầu tư không tự động biến thành năng lực nội sinh

Trong hơn ba thập niên thu hút đầu tư nước ngoài, FDI đã trở thành một cấu phần quan trọng của nền kinh tế Việt Nam. Các dự án FDI quy mô lớn đã mang theo vốn, công nghệ, tiêu chuẩn quốc tế và phương thức quản trị hiện đại, đóng góp đáng kể vào tăng trưởng, xuất khẩu và tạo việc làm. Chính vì vậy, trong một thời gian dài, FDI thường được xem là “con đường ngắn” để tiếp cận công nghệ.
Hệ sinh thái doanh nghiệp: Trụ cột phát triển của Hội Tự động hóa Việt Nam giai đoạn 2025-2030

Hệ sinh thái doanh nghiệp: Trụ cột phát triển của Hội Tự động hóa Việt Nam giai đoạn 2025-2030

Năm 2025, khái niệm “Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA” lần đầu tiên được đặt ra như một trọng tâm trong hoạt động của Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA). Nghị quyết Đại hội đại biểu toàn quốc nhiệm kỳ 2025-2030 của Hội vừa diễn ra vào ngày 27/12/2025 cũng đã khẳng định việc phát triển Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA là nhiệm vụ trọng tâm, ưu tiên trong nhiệm kỳ. Trước thềm Xuân Bính Ngọ, TS. Đỗ Nguyên Hưng, tân Tổng Thư ký VAA nhiệm kỳ 2025-2030, cũng là người khởi xướng xây dựng Đề án phát triển Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA đã có những chia sẻ xung quanh ý tưởng, cũng như kỳ vọng khi tập trung cho đề án này/
Nhân lực nào vận hành thế giới số?

Nhân lực nào vận hành thế giới số?

Những dây chuyền sản xuất tự động chạy xuyên đêm, lưới điện thông minh tự cân bằng tải, hệ thống giao thông điều tiết theo dữ liệu thời gian thực,… đang trở thành cảnh quan quen thuộc của nền công nghiệp số. Máy móc ngày càng ít sai sót, thuật toán ngày càng tinh vi. Nhưng giữa nhịp vận hành tưởng như trơn tru ấy, một câu hỏi âm thầm hiện lên: Ai đang thực sự hiểu, giám sát và quyết định khi hệ thống vượt khỏi những kịch bản đã được lập trình?
Chùa Thắng Nghiêm Quốc Tự - "tọa độ" tâm linh mới của đầu xuân 2026

Chùa Thắng Nghiêm Quốc Tự - "tọa độ" tâm linh mới của đầu xuân 2026

Chỉ mới xuất hiện trong danh sách các địa điểm check-in đẹp đầu năm 2026, Chùa Thắng Nghiêm Quốc Tự (Mật Viện Thắng Nghiêm) đã nhanh chóng thu hút đông đảo du khách bởi không gian cổ kính, kiến trúc đậm dấu ấn Phật giáo truyền thống và bề dày lịch sử hơn một thiên niên kỷ gắn liền với vùng đất Khúc Thủy bên dòng sông Nhuệ.
Khí chất tuổi Ngọ trong hành trình chuyển đổi số ngành vận tải Việt

Khí chất tuổi Ngọ trong hành trình chuyển đổi số ngành vận tải Việt

Giữa dòng chảy chuyển đổi số đang cuốn qua hầu hết các lĩnh vực kinh tế, vận tải hàng hóa Việt Nam vẫn là một ngành đặc thù: phân mảnh, phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm cá nhân và thiếu kết nối dữ liệu. Trong bức tranh ấy, hành trình của Nguyễn Anh Tuấn - CEO nền tảng gọi xe tải Việt VTGO không chỉ là câu chuyện khởi nghiệp công nghệ, mà còn là nỗ lực bền bỉ đưa tư duy hệ thống và tự động hóa vào một ngành vốn quen vận hành bằng “thói quen”. Ở đó, tinh thần của người tuổi Ngọ - không đứng yên, không bỏ cuộc trở thành sợi chỉ đỏ xuyên suốt.
song-gia-tri