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 4/6: Nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/6: Nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi

Sau 7 phiên giảm liên tiếp, VN-Index đang phát đi những tín hiệu giằng co khi dòng tiền có sự phân hóa giữa các nhóm ngành. Các chuyên gia cho rằng thị trường vẫn cần thêm thời gian để xác lập xu hướng rõ ràng, đồng thời khuyến nghị nhà đầu tư hạn chế mua đuổi trong các nhịp hồi kỹ thuật.
Từ kiểm soát chất lượng đến quản trị bằng dữ liệu

Từ kiểm soát chất lượng đến quản trị bằng dữ liệu

Trong các ngành sản xuất chịu sự quản lý nghiêm ngặt như dược phẩm, thiết bị y tế, hàng không hay khoa học sự sống, quản lý chất lượng đang bước vào giai đoạn chuyển đổi lớn. Khi sản phẩm ngày càng phức tạp và các tiêu chuẩn pháp lý liên tục được siết chặt, việc vận hành dựa trên các hệ thống dữ liệu rời rạc không còn phù hợp.
Quy định mới về chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Văn phòng Chính phủ

Quy định mới về chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Văn phòng Chính phủ

Ngày 01/6/2026, Chính phủ ban hành Nghị định số 196/2026/NĐ-CP quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Văn phòng Chính phủ.
TP. Hồ Chí Minh khơi thông nguồn lực từ các dự án tồn đọng

TP. Hồ Chí Minh khơi thông nguồn lực từ các dự án tồn đọng

Ngày 2/6, UBND TP. Hồ Chí Minh tổ chức Hội nghị quán triệt, triển khai Kết luận số 24-KL/TW ngày 13/4/2026 của Bộ Chính trị và Nghị quyết số 29/2026/QH16 ngày 24/4/2026 của Quốc hội; đồng thời tổng kết thực hiện Kế hoạch số 34/KH-UBND và triển khai Kế hoạch số 243/KH-UBND về tiếp tục tháo gỡ khó khăn, vướng mắc cho các công trình, dự án tồn đọng kéo dài trên địa bàn thành phố. Hội nghị do ông Nguyễn Văn Được - Chủ tịch UBND TP. Hồ Chí Minh chủ trì.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/6/2026: Tuổi Dậu tài lộc hanh thông, tuổi Mùi đề phòng tiểu nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/6/2026: Tuổi Dậu tài lộc hanh thông, tuổi Mùi đề phòng tiểu nhân

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 4/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 3/6: Rung lắc mạnh tại ngưỡng 1.800 điểm, dòng tiền bắt đáy xuất hiện

Thị trường chứng khoán ngày 3/6: Rung lắc mạnh tại ngưỡng 1.800 điểm, dòng tiền bắt đáy xuất hiện

Thị trường trải qua một phiên giao dịch nhiều biến động khi VN Index có thời điểm lùi sát mốc hỗ trợ tâm lý 1.800 điểm trước khi hồi phục đáng kể về cuối phiên. Dù vẫn đóng cửa trong sắc đỏ, lực cầu bắt đáy đã xuất hiện tại vùng giá thấp, giúp độ rộng thị trường nghiêng về phía tăng điểm và phần nào cải thiện tâm lý nhà đầu tư.
Ra mắt Hành lang đổi mới sáng tạo khởi nghiệp AI từ Đông Nam Á đến Thung Lũng Silicon

Ra mắt Hành lang đổi mới sáng tạo khởi nghiệp AI từ Đông Nam Á đến Thung Lũng Silicon

Ngày 1/6, tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia Việt Nam (NIC), Google Cloud, Trung tâm Khởi nghiệp sáng tạo Thành phố Hồ Chí Minh (SIHUB), Cơ quan Phát triển Doanh nghiệp Singapore (EnterpriseSG) và Bộ Truyền thông và Kỹ thuật số Indonesia (Komdigi) công bố mở rộng hợp tác, thiết lập một hành lang đổi mới sáng tạo dành cho startup AI tại Đông Nam Á,
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/6: Cần thận trọng hơn khi mở mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/6: Cần thận trọng hơn khi mở mua mới

Thị trường chứng khoán tiếp tục đối mặt với áp lực điều chỉnh mạnh khi VN-Index giảm phiên thứ sáu liên tiếp và lùi sát ngưỡng hỗ trợ tâm lý 1.800 điểm. Trong bối cảnh dòng tiền suy yếu và áp lực bán lan rộng trên nhiều nhóm ngành, các công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư thận trọng hơn với các quyết định giải ngân mới.
Robot hình người bước lên sàn catwalk, Hàn Quốc thử nghiệm tương lai nơi AI hòa vào đời sống

Robot hình người bước lên sàn catwalk, Hàn Quốc thử nghiệm tương lai nơi AI hòa vào đời sống

Không còn xuất hiện trong các nhà máy hay phòng thí nghiệm, robot hình người nay đã sải bước trên sàn diễn thời trang tại Seoul. Sự kiện kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo, robot và nghệ thuật trình diễn cho thấy tham vọng của Hàn Quốc trong việc đưa công nghệ tiến gần hơn tới đời sống văn hóa đại chúng.
3 ‘ông lớn’ bắt tay phát triển robotaxi tự lái cấp độ 4

3 ‘ông lớn’ bắt tay phát triển robotaxi tự lái cấp độ 4

VinFast, NVIDIA và Autobrains vừa công bố hợp tác chiến lược nhằm phát triển chương trình robotaxi tự lái cấp độ 4 thế hệ mới cho thị trường Đông Nam Á, hướng đến giải pháp tự hành chi phí hợp lý, phù hợp điều kiện giao thông đô thị trong khu vực.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc