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
Biến động khoản phải thu tại nhóm doanh nghiệp xây dựng

Biến động khoản phải thu tại nhóm doanh nghiệp xây dựng

Nhắc đến các doanh nghiệp xây dựng, một trong những thách thức lớn nhất của nhóm ngành này chính là bài toán thu hồi công nợ. Tính đến ngày 30/06/2026, các khoản phải thu ngắn hạn, đặc biệt là phải thu ngắn hạn của khách hàng đang chiếm tỷ trọng lớn trong tổng tài sản, tuy nhiên tốc độ tăng có xu hướng chậm lại.
Apple ra mắt iPhone 18 Pro: Màu đỏ burgundy gây chú ý, camera lần đầu có khẩu độ cơ học

Apple ra mắt iPhone 18 Pro: Màu đỏ burgundy gây chú ý, camera lần đầu có khẩu độ cơ học

Apple chính thức trình làng iPhone 18 Pro và 18 Pro Max với loạt nâng cấp đáng chú ý về camera, hiệu năng và pin. Đáng chú ý, màu Đỏ burgundy mới cùng hệ thống khẩu độ cơ học trên camera chính đang là những điểm khiến thế hệ iPhone Pro mới được quan tâm.
Ngân hàng nào phát hành giấy tờ có giá lớn nhất ngành?

Ngân hàng nào phát hành giấy tờ có giá lớn nhất ngành?

Nhằm đa dạng hóa nguồn vốn trong bối cảnh tiền gửi tăng chậm, quy mô phát hành giấy tờ có giá của các ngân hàng tính đến cuối quý II/2026 tăng nhanh. Trong đó, chứng chỉ tiền gửi là điểm sáng của huy động vốn.
Từ tự động hóa đến tối ưu giá trị: Doanh nghiệp cần nhìn lại điều gì?

Từ tự động hóa đến tối ưu giá trị: Doanh nghiệp cần nhìn lại điều gì?

Tự động hóa đang trở thành một trong những ưu tiên quan trọng của ngành sản xuất trước áp lực thiếu hụt lao động, chi phí vận hành gia tăng và yêu cầu nâng cao năng suất.
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/9: Nắm giữ các cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/9: Nắm giữ các cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy

Sau phiên giao dịch giằng co ngày 9/9, VN-Index chưa cho thấy động lực đủ mạnh để bứt phá khỏi vùng tích lũy. Trong bối cảnh thanh khoản còn thấp và dòng tiền phân hóa, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy hoặc tăng giá, đồng thời chủ động bán ra các mã có dấu hiệu suy yếu.
VietnamPlas 2026: Bước tiến mới của ngành Nhựa và Cao su Việt Nam

VietnamPlas 2026: Bước tiến mới của ngành Nhựa và Cao su Việt Nam

Sáng ngày 9/9/2026 tại Trung tâm Hội chợ và Triển lãm Sài Gòn (SECC) 799 Nguyễn Văn Linh, Phường Tân Mỹ, TP.HCM đã diễn ra lễ khai mạc Triển lãm Quốc tế lần thứ 24 về máy móc thiết bị công nghệp ngành nhựa và cao su Việt Nam năm 2026 (VietnamPlas 2026).
Công an Hà Nội truy tìm bị hại trong vụ làm giả gạo ST25 "Gạo Ông Cua"

Công an Hà Nội truy tìm bị hại trong vụ làm giả gạo ST25 "Gạo Ông Cua"

Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an TP Hà Nội đang tìm kiếm các bị hại trong vụ án sản xuất và buôn bán gạo giả. Các đối tượng đã làm giả gạo ST25, một loại gạo nổi tiếng với nhãn hiệu “Gạo Ông Cua”
Thị trường chứng khoán ngày 09/9: Lực cầu cuối phiên cứu chỉ số

Thị trường chứng khoán ngày 09/9: Lực cầu cuối phiên cứu chỉ số

Buổi sáng còn tiến sát vùng 1.850 điểm, đến chiều VN Index bất ngờ lao dốc hơn 18 điểm trước khi được lực cầu bắt đáy cuối phiên “kéo” trở lại. Thanh khoản thấp và khối ngoại tiếp tục bán ròng cho thấy trạng thái giằng co chưa thể sớm kết thúc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/9/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Mão nên tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/9/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Mão nên tránh nóng vội

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 10/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/9: Tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/9: Tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh

Sau phiên hồi phục ngày 8/9, VN-Index được kỳ vọng tiếp tục duy trì quán tính tích cực trong phiên 9/9 và hướng tới vùng kháng cự 1.850-1.860 điểm. Trong bối cảnh xu hướng ngắn hạn đang được củng cố, nhà đầu tư có thể cân nhắc gia tăng tỷ trọng tại những nhịp điều chỉnh, thay vì mua đuổi khi thị trường tăng mạnh.