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 24/04: VN Index quay đầu giảm, dòng tiền thận trọng trước kỳ nghỉ lễ

Thị trường chứng khoán ngày 24/04: VN Index quay đầu giảm, dòng tiền thận trọng trước kỳ nghỉ lễ

Các chỉ số chính đều kết phiên trong sắc đỏ sau khi tăng tốt trong buổi sáng nhưng suy yếu rõ rệt về cuối phiên. Áp lực điều chỉnh ở nhóm vốn hóa lớn, đặc biệt là họ Vin và nhóm ngân hàng, khiến VN Index mất hơn 17 điểm, trong bối cảnh thanh khoản sụt giảm mạnh và tâm lý nghỉ lễ bao trùm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/4/2026: Tuổi Hợi khá suôn sẻ, tuổi Mùi gặp khó khăn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/4/2026: Tuổi Hợi khá suôn sẻ, tuổi Mùi gặp khó khăn

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 25/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Nhận định phiên giao dịch ngày 24/4: VN-Index tiến gần vùng cản, nhà đầu tư nên tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 24/4: VN-Index tiến gần vùng cản, nhà đầu tư nên tránh mua đuổi

VN-Index tiếp tục duy trì đà phục hồi và tiến sát vùng kháng cự 1.880–1.890 điểm, nhưng áp lực chốt lời và trạng thái quá mua đang gia tăng. Trong bối cảnh thị trường phân hóa mạnh, nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi, ưu tiên quản trị rủi ro và chờ tín hiệu xác nhận rõ ràng hơn.
Gần 60% vụ vi phạm bảo mật trong hệ thống sản xuất được xếp ở mức nghiêm trọng

Gần 60% vụ vi phạm bảo mật trong hệ thống sản xuất được xếp ở mức nghiêm trọng

Theo các báo cáo gần đây, tấn công mạng nhằm xâm phạm dữ liệu của hạ tầng trọng yếu đã lọt vào top 10 mục tiêu bị nhắm đến nhiều nhất. Đáng chú ý, các hệ thống điều khiển sản xuất cũ cùng với sự thiếu hụt nhân lực chuyên môn đang khiến việc triển khai các biện pháp bảo mật gặp nhiều khó khăn.
Hạ tầng đo lường thông minh là chìa khóa tối ưu của kỷ nguyên AI và HPC

Hạ tầng đo lường thông minh là chìa khóa tối ưu của kỷ nguyên AI và HPC

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo và điện toán hiệu năng cao đang tái định hình yêu cầu kỹ thuật đối với các trung tâm dữ liệu toàn cầu. Từ những phòng máy nhỏ trong doanh nghiệp, trung tâm dữ liệu đã phát triển thành các tổ hợp hạ tầng quy mô lớn, vận hành liên tục 24/7 và đóng vai trò cốt lõi trong nền kinh tế số. Trong bối cảnh đó, hệ thống làm mát không còn là thành phần phụ trợ mà trở thành nền tảng quyết định hiệu suất và độ tin cậy vận hành.
Huawei tung AI Glasses: Chip tự phát triển, hỗ trợ thanh toán bằng ánh nhìn

Huawei tung AI Glasses: Chip tự phát triển, hỗ trợ thanh toán bằng ánh nhìn

Tại sự kiện ra mắt dòng Pura series, Huawei giới thiệu mẫu AI Glasses với thiết kế siêu nhẹ, bản lề titan và chip xử lý “cây nhà lá vườn”. Thiết bị tích hợp trợ lý ảo, hỗ trợ thanh toán nhanh và loạt tính năng thông minh, hướng đến trải nghiệm công nghệ đeo hàng ngày.
LPBank: Lãi quý I điều chỉnh, nợ xấu duy trì vùng an toàn dưới 1,5%

LPBank: Lãi quý I điều chỉnh, nợ xấu duy trì vùng an toàn dưới 1,5%

Lợi nhuận trước thuế quý I/2026 của LPBank đạt hơn 2.826 tỷ đồng, giảm 11% so với cùng kỳ. Điều bất ngờ là tỷ lệ nợ xấu của ngân hàng này cũng được cải thiện, duy trì dưới 1,5%.
Thị trường chứng khoán ngày 23/04: VN Index tiến sát 1.900 điểm, thị trường tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng”

Thị trường chứng khoán ngày 23/04: VN Index tiến sát 1.900 điểm, thị trường tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng”

Thị trường tiếp tục ghi nhận thêm một phiên tăng của VN Index, nhưng bức tranh bên trong thị trường lại không thật sự đồng thuận. Chỉ số đi lên chủ yếu nhờ lực kéo từ nhóm trụ, đặc biệt là VIC và một số mã ngân hàng quốc doanh, trong khi phần lớn mã còn lại vẫn chìm trong sắc đỏ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/4/2026: Tuổi Sửu nhiều tin vui, tuổi Thân cẩn thận phá tài

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/4/2026: Tuổi Sửu nhiều tin vui, tuổi Thân cẩn thận phá 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 24/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Máy quét laser 4D+: Bước tiến mới cho tự động hóa công nghiệp

Máy quét laser 4D+: Bước tiến mới cho tự động hóa công nghiệp

Một bước tiến đáng chú ý trong lĩnh vực thị giác máy và tự động hóa vừa được công bố bởi SiLC Technologies, khi hãng này ra mắt máy quét laser dạng đường thẳng Eyeonic Trace Ultra với độ chính xác lên tới 100 micron ở khoảng cách tối đa 5 mét. Đây là mức độ chính xác tương đương độ dày của một sợi tóc người, mở ra tiềm năng lớn cho các ứng dụng kiểm tra và đo lường công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao.
vn-web
song-gia-tri