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
Thị trường chứng khoán ngày 9/6: VN Index “rút chân” từ vùng 1.780 điểm, dòng tiền vẫn đứng ngoài quan sát

Thị trường chứng khoán ngày 9/6: VN Index “rút chân” từ vùng 1.780 điểm, dòng tiền vẫn đứng ngoài quan sát

Sau phiên giảm sâu trước, thị trường ngày 9/6 ghi nhận nhịp hồi phục kỹ thuật khi VN Index tăng nhẹ trở lại và hình thành mẫu nến rút chân tại vùng hỗ trợ quan trọng. Tuy nhiên, thanh khoản sụt giảm mạnh cho thấy dòng tiền vẫn đang thận trọng, trong khi áp lực bán ở một số nhóm ngành chưa hoàn toàn chấm dứt.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/6/2026: Tuổi Thân gặp quý nhân, tuổi Mão tài lộc khởi sắc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/6/2026: Tuổi Thân gặp quý nhân, tuổi Mão tài lộc khởi sắc

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 10/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe.
VAA bổ nhiệm Giáo sư lĩnh vực tự động hóa đảm nhiệm chức danh Phó Giám đốc Trung tâm TSDC

VAA bổ nhiệm Giáo sư lĩnh vực tự động hóa đảm nhiệm chức danh Phó Giám đốc Trung tâm TSDC

Sáng 8/6, tại Văn phòng Hệ sinh thái Doanh nghiệp Tự động hóa, thuộc Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA), đã diễn ra lễ kết nạp hội viên, đồng thời bổ nhiệm giữ chức vụ Phó Giám đốc Trung tâm Tìm kiếm và Phát triển công nghệ (TSDC) cho GS.TSKH. Trần Hoài Linh.
Trường Đại học Hùng Vương TP. Hồ Chí Minh tăng cường nguồn lực đào tạo nhân lực chất lượng cao trong kỷ nguyên AI và tự động hóa

Trường Đại học Hùng Vương TP. Hồ Chí Minh tăng cường nguồn lực đào tạo nhân lực chất lượng cao trong kỷ nguyên AI và tự động hóa

Việc đưa vào hoạt động đồng thời ba phòng thí nghiệm công nghệ trọng điểm cùng mạng lưới hợp tác doanh nghiệp chiến lược đánh dấu bước chuyển mình mới của Trường Đại học Hùng Vương TP. Hồ Chí Minh (DHV) trong hành trình xây dựng mô hình đại học đổi mới sáng tạo, gắn đào tạo với nghiên cứu ứng dụng và nhu cầu thực tiễn của nền kinh tế số.
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/6: Giảm sử dụng margin, ưu tiên cơ cấu danh mục

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/6: Giảm sử dụng margin, ưu tiên cơ cấu danh mục

Sau phiên lao dốc khiến VN-Index đánh mất mốc 1.800 điểm, nhiều công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục thận trọng, ưu tiên hạ tỷ trọng sử dụng đòn bẩy và cơ cấu các cổ phiếu đã phá vỡ vùng hỗ trợ quan trọng để hạn chế rủi ro trong ngắn hạn.
Khi tác nhân AI tự động trở thành xu hướng mới và bài toán bảo mật ngày càng nóng

Khi tác nhân AI tự động trở thành xu hướng mới và bài toán bảo mật ngày càng nóng

Từ một dự án mã nguồn mở được phát triển như “giải trí cuối tuần”, OpenClaw đã nhanh chóng trở thành hiện tượng toàn cầu trong lĩnh vực AI tác nhân (Agentic AI). Tuy nhiên, cùng với sự bùng nổ đó là hàng loạt cảnh báo về bảo mật, quyền riêng tư và quản trị doanh nghiệp.
Honor X7e ra mắt: Pin tới 7.500mAh, màn hình 120Hz, giá khoảng 6 triệu đồng

Honor X7e ra mắt: Pin tới 7.500mAh, màn hình 120Hz, giá khoảng 6 triệu đồng

Honor tiếp tục mở rộng danh mục smartphone phổ thông với Honor X7e - mẫu điện thoại nổi bật nhờ viên pin dung lượng lớn lên đến 7.500mAh, màn hình tần số quét 120Hz cùng giao diện Android 16 mới. Sản phẩm hướng tới người dùng cần một thiết bị bền bỉ, đáp ứng tốt các nhu cầu sử dụng hằng ngày với mức giá dễ tiếp cận.
Đầu tháng 6, sĩ tử Hà Nội đổ về Văn Miếu nhận xoài "Đăng khoa" cầu may

Đầu tháng 6, sĩ tử Hà Nội đổ về Văn Miếu nhận xoài "Đăng khoa" cầu may

Giữa mùa thi căng thẳng, hàng trăm sĩ tử đã tìm đến Văn Miếu - Quốc Tử Giám để nhận những trái xoài "Đăng khoa" được hái từ chính khuôn viên di tích. Không chỉ là món quà đặc biệt, mỗi trái xoài còn mang theo lời chúc thi cử hanh thông, học hành tấn tới giữa không gian lưu danh các bậc hiền tài của đất nước.
Thị trường chứng khoán ngày 8/6: Thị trường điều chỉnh trên diện rộng, VN Index mất mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 8/6: Thị trường điều chỉnh trên diện rộng, VN Index mất mốc 1.800 điểm

Nhà đầu tư đã chứng kiến một phiên giảm mạnh khi áp lực bán lan rộng trên hầu hết các nhóm ngành dưới tác động từ diễn biến tiêu cực của thị trường tài chính toàn cầu. VN Index đã mất gần 50 điểm và xuyên thủng mốc 1.800 điểm, dù vậy thanh khoản vẫn ở mức thấp và không xuất hiện hiện tượng bán tháo vẫn được xem là tín hiệu tích cực.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh

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 9/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
vn-web
song-gia-tri
gao-doc