دانشمندان راهی برای غلبه بر اتلاف انرژی در الکترونیک پیدا کرده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار، دانشمندانی از ژاپن و ایالات متحده روشی نوآورانه برای تجسم اتلاف انرژی با استفاده از حسگر‌های الماس کوانتومی توسعه داده‌اند. این کار در مجله Communications Materials (CM) منتشر شده است.

گجت‌های مدرن، خودرو‌های برقی و پنل‌های خورشیدی به انرژی بیشتری نیاز دارند و مهم است که این انرژی هدر نرود. یکی از مشکلات اصلی، اتلاف انرژی در دستگاه‌های الکترونیکی، به ویژه هنگام کار در فرکانس‌های بالا است. این اتلاف‌ها مانع توسعه لوازم الکترونیکی فشرده‌تر و کارآمدتر می‌شوند.

برای حل این مشکل، محققان روشی ابداع کردند تا به معنای واقعی کلمه «به درون» مواد مغناطیسی که باعث این تلفات می‌شوند، «نگاهی اجمالی» بیندازند. آنها از الماس‌های ویژه با خواص کوانتومی برای اندازه‌گیری میدان‌های مغناطیسی ضعیف تولید شده توسط عملکرد دستگاه استفاده کردند.

الماس‌ها حاوی اتم‌های منحصر به فردی به نام مراکز جای خالی نیتروژن (NV) هستند. آنها به میدان‌های مغناطیسی ضعیف حساس هستند و حتی ظریف‌ترین تغییرات را نیز می‌توان اندازه‌گیری کرد. با استفاده از این حسگر‌های الماس، تیمی از محققان توانستند به طور همزمان قدرت و "تاخیر" میدان مغناطیسی را اندازه‌گیری کنند - این تاخیر نشان می‌دهد که چه مقدار انرژی از دست رفته است.

این رویکرد در طیف بسیار وسیعی از فرکانس‌ها کار می‌کند: از ۱۰۰ هرتز (تقریباً فرکانس شبکه برق) تا ۲.۳ مگاهرتز (فرکانس‌های مورد استفاده در الکترونیک پیشرفته).

دانشمندان فیلم‌های مغناطیسی ویژه‌ای را که در دستگاه‌های الکترونیکی جدید استفاده می‌شوند، مطالعه کردند. آنها دریافتند که اتلاف انرژی به جهت میدان مغناطیسی درون ماده بستگی دارد. در یک جهت، اتلاف انرژی عملاً وجود ندارد، در حالی که در جهت دیگر، با فرکانس افزایش می‌یابد.

علاوه بر این، محققان توانستند حرکت دیواره‌های حوزه (مرز‌های میکروسکوپی بین نواحی با مغناطش متفاوت) را مشاهده کنند. این یکی از فرآیند‌هایی است که باعث اتلاف انرژی می‌شود.

یک روش جدید امکان مطالعه دقیق و بصری اتلاف انرژی در قطعات الکترونیکی را فراهم می‌کند. این امر به ایجاد دستگاه‌های کارآمدتر، از جمله شارژرها، پردازنده‌ها، موتور‌های الکتریکی و موارد دیگر، کمک خواهد کرد.

پروفسور موتسکو هاتانو، سرپرست این مطالعه، خاطرنشان کرد: «فناوری‌های ما می‌توانند در الکترونیک، حافظه مغناطیسی، وسایل نقلیه الکتریکی و حتی در توسعه فناوری‌های کوانتومی به کار روند.»

مهندسان اکنون قادر خواهند بود موادی با حداقل تلفات ایجاد کنند، که به معنای صرفه‌جویی در انرژی و ساخت تجهیزاتی قابل اعتمادتر، جمع و جورتر و سازگارتر با محیط زیست است.