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
Đột phá công nghệ NEV: Mô tô điện Chery tích hợp sạc ô tô và tính năng V2L

Đột phá công nghệ NEV: Mô tô điện Chery tích hợp sạc ô tô và tính năng V2L

Ngành công nghiệp phương tiện không phát thải vừa ghi nhận bước chuyển mình chiến lược từ hãng ô tô Trung Quốc Chery khi chính thức hé lộ lộ trình tiến vào phân khúc xe hai bánh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/10/2026: Tuổi Thìn đón vận may công việc, tuổi Tý cần thận trọng trong tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/10/2026: Tuổi Thìn đón vận may công việc, tuổi Tý cần thận trọng trong tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/10/2026 mang đến những dự báo đáng chú ý về công việc, tài chính, tình duyên và sức khỏe của 12 con giáp. Một số tuổi có cơ hội khẳng định năng lực, mở rộng hướng phát triển và cải thiện các mối quan hệ. Trong khi đó, những tuổi khác nên chú ý quản lý chi tiêu, giữ bình tĩnh khi xử lý vấn đề và tránh đưa ra quyết định vội vàng. Chủ động trong công việc, linh hoạt trước thay đổi và duy trì tinh thần tích cực sẽ giúp mỗi con giáp có thêm động lực trong ngày mới.
Đào tạo sát thực tế để đáp ứng nhu cầu nhân lực bán dẫn

Đào tạo sát thực tế để đáp ứng nhu cầu nhân lực bán dẫn

Mục tiêu đào tạo 50.000 nhân lực trình độ đại học trở lên phục vụ ngành bán dẫn đến năm 2030 đặt ra yêu cầu cấp thiết về chất lượng và cơ cấu chuyên môn. Tại Ngày hội giao lưu Doanh nghiệp và Sinh viên lần thứ XV - năm 2026, câu chuyện đào tạo được đặt trong mối liên hệ với nhu cầu tuyển dụng, điều kiện thực hành và khả năng kết nối giữa nhà trường với doanh nghiệp.
Mở rộng thị trường xuất khẩu cho doanh nghiệp Việt tại Trung Đông và châu Phi

Mở rộng thị trường xuất khẩu cho doanh nghiệp Việt tại Trung Đông và châu Phi

Từ ngày 3/2/2026, Hiệp định Đối tác kinh tế toàn diện Việt Nam - UAE (CEPA) chính thức có hiệu lực với cam kết UAE xóa bỏ ngay 74,2% số dòng thuế và nâng lên mức 89,2% sau 5 năm thực thi. Là Hiệp định Thương mại Tự do (FTA) đầu tiên giữa Việt Nam với một nước ở Trung Đông, CEPA đã mang lại lợi thế cạnh tranh đáng kể nhưng cũng đặt ra yêu cầu cấp bách trong việc bảo đảm và phát triển thị phần xuất khẩu đối với doanh nghiệp Việt Nam.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/10/2026: Tuổi Tỵ có cơ hội bứt phá, tuổi Mùi cần chú ý quản lý tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/10/2026: Tuổi Tỵ có cơ hội bứt phá, tuổi Mùi cần chú ý quản lý tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/10/2026 hé lộ những xu hướng đáng chú ý về công việc, tài chính, tình duyên và sức khỏe của 12 con giáp. Có tuổi đứng trước cơ hội phát triển, dễ tìm được hướng giải quyết cho những vấn đề còn tồn đọng, nhưng cũng có tuổi cần thận trọng trong giao tiếp và chi tiêu. Dù vận trình mỗi người khác nhau, sự chủ động, kiên trì và khả năng cân bằng cảm xúc sẽ giúp bạn có thêm động lực để đón nhận những điều mới mẻ trong ngày.
Hành trình phát triển bền vững tại Vinamilk: Từ những thay đổi nhỏ đến tác động lớn hơn cho cộng đồng

Hành trình phát triển bền vững tại Vinamilk: Từ những thay đổi nhỏ đến tác động lớn hơn cho cộng đồng

Không chỉ giảm phát thải hay tiết kiệm tài nguyên trong sản xuất, Vinamilk đang từng bước mở rộng phạm vi của phát triển bền vững ra toàn bộ hệ sinh thái, từ người nông dân, nhà cung cấp, cộng đồng doanh nghiệp đến người tiêu dùng. Hành trình ấy cho thấy, những tác động tích cực chỉ thực sự bền vững khi được lan tỏa và duy trì bởi nhiều bên cùng tham gia.
VIDW 2026: Thúc đẩy quản trị AI và hợp tác công nghệ số quốc tế

VIDW 2026: Thúc đẩy quản trị AI và hợp tác công nghệ số quốc tế

Diễn ra từ ngày 28-30/10/2026 tại Quảng Ninh, Tuần lễ Số Quốc tế Việt Nam 2026 (VIDW 2026) dự kiến quy tụ 500 đại biểu trong nước và quốc tế, tập trung thảo luận về quản trị trí tuệ nhân tạo (AI), phát triển công nghệ số chiến lược và thúc đẩy hợp tác quốc tế trong nghiên cứu, chuyển giao, thương mại hóa công nghệ.
Tháo gỡ điểm nghẽn, thúc đẩy liên kết viện - trường - doanh nghiệp

Tháo gỡ điểm nghẽn, thúc đẩy liên kết viện - trường - doanh nghiệp

Phó Thủ tướng Chính phủ Hồ Quốc Dũng yêu cầu đẩy mạnh liên kết giữa viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp, chuyển mạnh từ nghiên cứu theo đề xuất sang nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, lấy sản phẩm và hiệu quả thương mại hóa làm thước đo.
Liên hiệp Hội Việt Nam phát huy vai trò điều phối trí tuệ liên ngành

Liên hiệp Hội Việt Nam phát huy vai trò điều phối trí tuệ liên ngành

Sáng 23/10, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức hội thảo “Giải pháp phát huy vai trò của Liên hiệp Hội Việt Nam là cầu nối giữa các hội thành viên, đội ngũ trí thức KH&CN với cơ quan Đảng, Nhà nước và Mặt trận Tổ quốc (MTTQ) trong các hoạt động tư vấn, phản biện và giám định xã hội”.
Thị trường chứng khoán ngày 23/10: Dòng tiền đổ vào nhóm ngân hàng, VN Index có phiên tăng thứ tư liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 23/10: Dòng tiền đổ vào nhóm ngân hàng, VN Index có phiên tăng thứ tư liên tiếp

VN Index tăng 13,52 điểm và nối dài chuỗi tăng lên bốn phiên liên tiếp. Dòng tiền tập trung mạnh vào nhóm ngân hàng với giá trị giao dịch vượt 5 nghìn tỷ đồng, giúp thị trường đảo chiều tích cực trong nửa cuối phiên chiều.
master