كشف فريق بحثي دولي عن تقدم علمي يمكن أن يمثل تحولًا جذريًا في عالم الإلكترونيات في العالم خلال الفترة المقبلة، وذلك بعد التوصل إلى طريقة للتحكم في ظاهرة كمومية غير تقليدية تتيح توليد الطاقة الكهربائية دون الحاجة إلى بطاريات، بما يسهل من عملية الشحن واستعمال الأجهزة.
تشغيل الأجهزة دون شحن
وكشفت الدراسة التي قادها البروفيسور دونغتشن تشي من جامعة كوينزلاند للتكنولوجيا، بالتعاون مع البروفيسور شياو رينشو وانغ من جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة، أن العيوب الدقيقة والاهتزازات الداخلية داخل المواد الكمومية يمكن استغلالها للتحكم فيما يُعرف بـ”تأثير هول غير الخطي” (NLHE)، وهو تأثير كهربائي متقدم في فيزياء المادة المكثفة.
وجاءت النتائج أن هذا التأثير يختلف عن “تأثير هول” التقليدي، حيث يتيح تحويل الإشارات الكهربائية المتناوبة، مثل الإشارات اللاسلكية أو الطاقة المحيطة، مباشرة إلى تيار كهربائي مستمر قابل للاستخدام، دون الحاجة إلى مكونات إلكترونية إضافية مثل الصمامات الثنائية أو الدوائر الكبيرة، ما يفتح المجال أمام تطوير أجهزة أصغر حجمًا وأكثر كفاءة.
وقال البروفيسور تشي، إن “تأثير هول غير الخطي يمثل ظاهرة كمومية متقدمة، حيث يتولد جهد كهربائي عمودي على التيار المتناوب حتى في غياب المجال المغناطيسي”، مشيرًا إلى أن هذه الخاصية يمكن من خلالها تحويل الإشارات المتناوبة مباشرة إلى طاقة قابلة لتشغيل الأجهزة الإلكترونية.
وأضاف أن هذا الاكتشاف يتيح، من الناحية النظرية، تطوير مستشعرات وشرائح إلكترونية تعمل دون بطاريات، من خلال الاعتماد على الطاقة المستمدة من البيئة المحيطة، وهو ما قد يُحدث نقلة نوعية في تقنيات إنترنت الأشياء والأجهزة القابلة للارتداء.
وفحص الباحثون في الدراسة، مادة طوبولوجية عالية الجودة تُعرف بخصائصها الإلكترونية غير التقليدية، حيث أظهرت النتائج أن تأثير هول غير الخطي يظل مستقرًا عند درجة حرارة الغرفة، ما يعزز فرص استخدامه في التطبيقات العملية، كما كشفت الدراسة أن اتجاه وقوة الجهد الكهربائي الناتج يعتمدان بشكل مباشر على درجة الحرارة، إذ تهيمن العيوب الدقيقة في المادة على السلوك الكهربائي عند درجات الحرارة المنخفضة، بينما تصبح اهتزازات الشبكة البلورية العامل المسيطر عند ارتفاع الحرارة، ما يؤدي في بعض الحالات إلى انعكاس اتجاه الإشارة الكهربائية.