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
vcca2026
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 8/6: Nhà đầu tư chưa nên vội giải ngân

Nhận định phiên giao dịch ngày 8/6: Nhà đầu tư chưa nên vội giải ngân

Dù VN-Index hồi phục trong phiên cuối tuần trước và khối ngoại quay lại mua ròng, thanh khoản suy giảm cùng áp lực bán vẫn chiếm ưu thế cho thấy dòng tiền chưa thực sự quay trở lại thị trường. Nhiều chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục thận trọng, chưa vội gia tăng tỷ trọng cổ phiếu khi xu hướng điều chỉnh ngắn hạn vẫn hiện hữu.
Ngành bán dẫn Việt Nam: Từ áp lực "năng lực thực thi" đến lời giải tại SEMICONNECT 2026

Ngành bán dẫn Việt Nam: Từ áp lực "năng lực thực thi" đến lời giải tại SEMICONNECT 2026

Sự phát triển mạnh mẽ của trí tuệ nhân tạo (AI), xe điện, trung tâm dữ liệu, tự động hóa công nghiệp và các hệ thống điện tử thông minh đang tạo ra những thay đổi sâu rộng đối với ngành bán dẫn toàn cầu. Nếu trước đây, bán dẫn chủ yếu được nhìn nhận như nền tảng của ngành điện tử tiêu dùng, thì hiện nay vai trò của ngành đã mở rộng sang hầu hết lĩnh vực công nghệ chiến lược, từ sản xuất thông minh, thiết bị y tế, viễn thông, ô tô đến hạ tầng số.
Mã độc tống tiền tiếp tục leo thang, xuất hiện nhiều nhóm tội phạm mạng mới

Mã độc tống tiền tiếp tục leo thang, xuất hiện nhiều nhóm tội phạm mạng mới

Hoạt động tấn công bằng mã độc tống tiền trên toàn cầu tiếp tục duy trì ở mức cao trong năm 2026, bất chấp dấu hiệu giảm nhẹ trong tháng 4. Đây là nhận định được đưa ra trong báo cáo tình báo an ninh mạng mới nhất của NCC Group, cho thấy hệ sinh thái ransomware đang ngày càng mở rộng và chuyên nghiệp hóa.
Kích hoạt thị trường xanh qua Chiến dịch tiêu dùng xanh 2026

Kích hoạt thị trường xanh qua Chiến dịch tiêu dùng xanh 2026

Sau hơn 16 năm lan tỏa nhận thức tiêu dùng có trách nhiệm, Tiêu dùng xanh 2026 bước sang giai đoạn mới khi lần đầu tiên được định vị như nền tảng kết nối doanh nghiệp xanh - hệ thống phân phối - người tiêu dùng, nhằm chuyển hóa các giá trị ESG, phát triển bền vững và sản xuất sạch thành lợi thế cạnh tranh thực chất trên thị trường nội địa.
‘Sáng tạo trẻ 2026’ mở rộng đối tượng tham gia, mục tiêu sáng tạo không giới hạn

‘Sáng tạo trẻ 2026’ mở rộng đối tượng tham gia, mục tiêu sáng tạo không giới hạn

Sáng 5/6, trong khuôn khổ Lễ tổng kết sinh viên nghiên cứu khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội cùng các cơ quan, doanh nghiệp chính thức phát động Cuộc thi “Sáng tạo trẻ 2026”.
Một mẫu xe điện VinFast chiếm hơn 43% thị phần tại Philippines

Một mẫu xe điện VinFast chiếm hơn 43% thị phần tại Philippines

Biến động chính trị Trung Đông đã đẩy giá nhiên liệu tại nhiều quốc gia tăng cao, trong đó có Philippines. Doanh số xe điện tại quốc đảo này tăng hơn 200% chỉ trong 2 tháng, mở ra cơ hội lớn cho các hãng xe điện, trong đó có VinFast.
Đại học Bách khoa Hà Nội long trọng trao giải cho hơn 700 đề tài nghiên cứu khoa học

Đại học Bách khoa Hà Nội long trọng trao giải cho hơn 700 đề tài nghiên cứu khoa học

Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST) vừa tổ chức thành công Lễ Tổng kết Hoạt động Sinh viên Nghiên cứu Khoa học, Thi Olympic, SV Startup năm học 2025-2026 và phát động Cuộc thi Sáng tạo trẻ 2026. Buổi lễ vinh danh và trao giải cho hơn 700 đề tài nghiên cứu khoa học (NCKH), nhiều giải thưởng học thuật cấp quốc gia và quốc tế, cùng những dự án khởi nghiệp đạt giải Nhất toàn quốc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/6/2026: Tuổi Dần đón cơ hội thăng tiến, tuổi Hợi đề phòng hao tài

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/6/2026: Tuổi Dần đón cơ hội thăng tiến, tuổi Hợi đề phòng hao tài

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 8/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VIB ra mắt Ngân hàng cho con, đón đầu xu hướng giáo dục tài chính số

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VIB ra mắt Ngân hàng cho con, đón đầu xu hướng giáo dục tài chính số

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: Sacombank bổ nhiệm thành viên Văn phòng Quản trị; VIB ra mắt Ngân hàng cho con; ACB, MB và SHB sắp chi gần 15.000 tỷ đồng cổ tức tiền mặt cho cổ đông...
[E-Magazine] FIFA World Cup 2026 - Khi AI áp sát đường biên

[E-Magazine] FIFA World Cup 2026 - Khi AI áp sát đường biên

Mùa hè 2026, trái bóng vẫn tròn, trọng tài vẫn có thể bị la ó, tiền đạo vẫn phải thắng thủ môn bằng một khoảnh khắc xuất thần. Chỉ khác, phía sau mỗi cú chạm bóng sẽ là một dòng dữ liệu; phía sau mỗi bước chạy là một hình hài số; phía sau tiếng reo sân cỏ là hệ thống công nghệ đang lặng lẽ đo, hiểu và kể lại trận đấu.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc