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
tan-hoang-minh
Tin bài khác
Dấu ấn trong kết nối thị trường vốn Việt Nam - Hàn Quốc

Dấu ấn trong kết nối thị trường vốn Việt Nam - Hàn Quốc

Trong bối cảnh thị trường chứng khoán Việt Nam bước vào giai đoạn phát triển mới sau dấu mốc nâng hạng từ thị trường cận biên lên thị trường mới nổi thứ cấp, sự quan tâm của nhà đầu tư Hàn Quốc đang mở ra nhiều cơ hội kết nối thị trường vốn hai nước.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/11/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Dậu cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/11/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Dậu cần thận trọng

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 1/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Apple ra mắt iPad mini OLED mỏng 5,4 mm, giá cao nhất hơn 32 triệu đồng

Apple ra mắt iPad mini OLED mỏng 5,4 mm, giá cao nhất hơn 32 triệu đồng

Màn hình OLED 8,5 inch, chip A20 Pro và thiết kế siêu mỏng là những điểm nhấn được nhắc đến trên iPad mini thế hệ mới. Theo bảng giá được cung cấp, phiên bản cao cấp nhất có giá hơn 32 triệu đồng, trong khi máy dự kiến mở đặt trước từ ngày 28/10.
Doanh nghiệp Việt Nam - Trung Quốc kết nối chuỗi giá trị toàn cầu

Doanh nghiệp Việt Nam - Trung Quốc kết nối chuỗi giá trị toàn cầu

Theo số liệu của Hải quan Việt Nam, trong 9 tháng đầu năm 2026, kim ngạch thương mại song phương đạt 253,1 tỷ USD, tăng 37,6% so với cùng kỳ. Trung Quốc tiếp tục là đối tác thương mại lớn nhất của Việt Nam.
Techcombank dành 40.000 tỷ đồng cho vay ưu đãi, giảm lãi suất đến 2%/năm

Techcombank dành 40.000 tỷ đồng cho vay ưu đãi, giảm lãi suất đến 2%/năm

Techcombank triển khai hai chương trình tín dụng ưu đãi với tổng quy mô 40.000 tỷ đồng, áp dụng mức giảm lãi suất cho vay lên đến 2%/năm, tập trung hỗ trợ doanh nghiệp nhỏ và vừa, hộ kinh doanh cùng các doanh nghiệp trong lĩnh vực sản xuất, thương mại, xuất nhập khẩu và hạ tầng.
MacBook Pro sắp lột xác sau nhiều năm

MacBook Pro sắp lột xác sau nhiều năm

Apple được cho là đang chuẩn bị thay đổi đáng kể diện mạo MacBook Pro với màn hình OLED, khả năng cảm ứng và Dynamic Island lần đầu xuất hiện trên dòng máy tính xách tay này. Trong khi đó, iMac 24 inch cũng có thể đón bản nâng cấp chip M6 cùng loạt màu sắc mới.
Thập kỷ tăng trưởng mới: Phát huy tiềm năng Việt Nam và thế mạnh Bắc Âu

Thập kỷ tăng trưởng mới: Phát huy tiềm năng Việt Nam và thế mạnh Bắc Âu

Với chủ đề “Thập kỷ tăng trưởng mới: Phát huy tiềm năng Việt Nam và thế mạnh Bắc Âu”, diễn đàn doanh nghiệp Bắc Âu - Việt Nam 2026 đã quy tụ hơn 100 lãnh đạo cấp cao đến từ các cơ quan Chính phủ, cơ quan ngoại giao và cộng đồng doanh nghiệp Việt Nam và các nước Bắc Âu.
Vinamilk chung tay xây dựng “ Sức đề kháng số” cho thế hệ  tương lai

Vinamilk chung tay xây dựng “ Sức đề kháng số” cho thế hệ tương lai

Là Thương hiệu Quốc gia gắn bó với nhiều thế hệ trẻ em Việt Nam, Vinamilk vừa chính thức trở thành thành viên của Liên minh Niềm tin số do Cục An ninh mạng (A05) - Bộ Công an khởi xướng. Đồng hành cùng chiến dịch “Không một mình”, doanh nghiệp mở rộng hành trình vì sự phát triển toàn diện của trẻ em sang không gian số, góp phần trang bị cho các em kỹ năng nhận diện rủi ro và tự bảo vệ bản thân trên môi trường trực tuyến.
Thị trường chứng khoán ngày 30/10: KOS thoát chuỗi 29 phiên giảm sàn, VN Index vẫn chìm trong sắc đỏ

Thị trường chứng khoán ngày 30/10: KOS thoát chuỗi 29 phiên giảm sàn, VN Index vẫn chìm trong sắc đỏ

Thị trường khép lại tháng 10 trong trạng thái tiêu cực khi mất gần 14 điểm và có tới 253 mã giảm. Tuy nhiên, trong bức tranh ảm đạm đó, KOS bất ngờ đảo chiều từ giá sàn lên giá trần sau 29 phiên giảm sàn liên tiếp với gần 75,7 triệu cổ phiếu được sang tay trong phiên.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/10/2026: Tuổi Hợi có vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/10/2026: Tuổi Hợi có vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 31/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
master