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
ar
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/4/2026: Tuổi Tý nhiều may mắn, tuổi Mùi xảy ra mâu thuẫn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/4/2026: Tuổi Tý nhiều may mắn, tuổi Mùi xảy ra mâu thuẫn

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 11/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 10/04: Dòng tiền tìm đến nhóm dầu khí và phân bón

Thị trường chứng khoán ngày 10/04: Dòng tiền tìm đến nhóm dầu khí và phân bón

Khép lại phiên giao dịch, thị trường duy trì được đà hồi phục nhưng biên độ tăng đã thu hẹp đáng kể so với mức cao nhất trong phiên. VN Index tăng 13,32 điểm lên 1.750 điểm, trong bối cảnh thanh khoản tiếp tục suy giảm và dòng tiền có dấu hiệu luân chuyển sang các nhóm cổ phiếu chưa tăng mạnh, đặc biệt là dầu khí và phân bón.
Định hướng ngành nhà máy thông minh và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam

Định hướng ngành nhà máy thông minh và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam

Ngày 09/04/2026 tại Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia, tọa đàm “Định hướng ngành nhà máy thông minh và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam” được tổ chức nhằm thúc đẩy đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trong sản xuất. Tọa đàm quy tụ các chuyên gia, doanh nghiệp và tổ chức trong nước, quốc tế, đồng thời là hoạt động trọng tâm chuẩn bị cho chuỗi triển lãm VSE & VHF 2026, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh và vị thế của công nghiệp Việt Nam trong chuỗi giá trị toàn cầu.
Ardingly College Việt Nam và VPBank ra mắt giải pháp tài chính - giáo dục: World Ready

Ardingly College Việt Nam và VPBank ra mắt giải pháp tài chính - giáo dục: World Ready

Ngày 9/4/2026, Công ty Cổ phần Ardingly College Việt Nam phối hợp cùng Ngân hàng TMCP Việt Nam Thịnh Vượng (VPBank) chính thức ra mắt giải pháp liên kết Tài chính - Giáo dục mang tên “World Ready”. Đây được đánh giá là mô hình tiên phong tại Việt Nam, mở ra hướng tiếp cận mới trong việc kết hợp giữa tài chính và giáo dục, giúp phụ huynh chủ động hoạch định tương lai học tập quốc tế cho con em.
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/4: Tích lũy quanh vùng 1.750 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/4: Tích lũy quanh vùng 1.750 điểm

Phiên giao dịch ngày 9/4 ghi nhận diễn biến điều chỉnh khi áp lực bán gia tăng, kéo VN-Index lùi về dưới mốc 1.750 điểm. Trong bối cảnh thanh khoản suy giảm và khối ngoại tiếp tục bán ròng, thị trường được dự báo sẽ có xu hướng tích lũy quanh vùng này trong các phiên tới.
[E-Magazine] Chuyển đổi số SME, nút thắt có thật sự nằm ở thị trường công nghệ?

[E-Magazine] Chuyển đổi số SME, nút thắt có thật sự nằm ở thị trường công nghệ?

Trong nhiều năm, công nghệ ở không ít nơi vẫn được nhìn như thứ để mua sắm, lắp đặt, bổ sung cho doanh nghiệp cho có vẻ hiện đại. Nhưng cách nhìn ấy đang hẹp đi rất nhanh. Khi cạnh tranh tăng, biên lợi nhuận co lại và yêu cầu vận hành ngày càng khắt khe, công nghệ không còn là lớp phủ bên ngoài. Nó đi thẳng vào sản xuất, bán hàng, kho vận, chăm sóc khách hàng và ra quyết định điều hành. Câu hỏi vì thế không còn nằm chủ yếu ở chỗ doanh nghiệp mua công nghệ gì. Điều quan trọng hơn là công nghệ ấy tháo được điểm nghẽn nào, tạo ra giá trị mới gì và giúp doanh nghiệp khắc phục những việc chưa tốt lâu nay.
Việt Nam lần đầu có Chiến lược quốc gia về khởi nghiệp sáng tạo

Việt Nam lần đầu có Chiến lược quốc gia về khởi nghiệp sáng tạo

Chính phủ vừa ban hành Nghị quyết số 86/NQ-CP về Chiến lược quốc gia khởi nghiệp sáng tạo. Theo Bộ KH&CN, đây là lần đầu tiên Việt Nam ban hành một Chiến lược quốc gia riêng về khởi nghiệp sáng tạo.
Bảo mật trong kỷ nguyên AI: Bài toán an ninh mạng toàn cầu

Bảo mật trong kỷ nguyên AI: Bài toán an ninh mạng toàn cầu

Trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo (AI) đang phát triển mạnh mẽ và trở thành hạt nhân của nền kinh tế số, vấn đề an toàn an ninh mạng tiếp tục đặt ra những thách thức chưa từng có, khi nó vô tình tạo ra những kẽ hở về bảo mật.
Thị trường chứng khoán ngày 09/04: Áp lực bán mạnh sau phiên bùng nổ, VN Index điều chỉnh hơn 19 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 09/04: Áp lực bán mạnh sau phiên bùng nổ, VN Index điều chỉnh hơn 19 điểm

Sau cú tăng tốc rất mạnh tới gần 80 điểm của phiên trước, phiên 09/04 đã có sự điều chỉnh khi áp lực chốt lời gia tăng ngay từ đầu phiên. Dù VN Index giảm hơn 19 điểm, thanh khoản vẫn duy trì ở mức cao, cho thấy dòng tiền chưa rút lui mà đang tái cơ cấu mạnh giữa các nhóm cổ phiếu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/4/2026: Tuổi Dậu thuận lợi, tuổi Dần hết sức cẩn thận

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/4/2026: Tuổi Dậu thuận lợi, tuổi Dần hết sức cẩn thận

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 10/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri