Quanteneffekt wandelt Umgebungsenergie direkt in Strom um

Das internationale Team unter der Leitung von Professor Dongchen Qi von der QUT School of Chemistry and Physics und Professor Xiao Renshaw Wang von der Nanyang Technological University in Singapur untersuchte den Mechanismus des so genannten nichtlinearen Halleffekts (NLHE).

Im Gegensatz zum klassischen Hall-Effekt ermöglicht es diese Quantenversion, elektrische Wechselsignale, wie sie in drahtlosen oder umgebenden Energiequellen vorkommen, direkt in nutzbaren Gleichstrom umzuwandeln, ohne dass herkömmliche Dioden oder sperrige Komponenten benötigt werden.

"Der NLHE-Effekt ist ein ausgeklügeltes Quantenphänomen aus der Physik der kondensierten Materie, bei dem eine Spannung senkrecht zu einem angelegten Wechselstrom erzeugt wird, selbst wenn kein Magnetfeld vorhanden ist", sagte Professor Qi.

"Dieser Effekt ermöglicht es uns, Wechselstromsignale direkt in Gleichstrom umzuwandeln, der für die Stromversorgung elektronischer Geräte benötigt wird. Im Prinzip bedeutet dies, dass Sensoren oder Chips ohne Batterien funktionieren könnten, indem sie Energie aus ihrer Umgebung beziehen".

Das Team untersuchte ein hochwertiges topologisches Material, das für seine ungewöhnlichen elektronischen Eigenschaften bekannt ist, und stellte fest, dass das NLHE bis zur Raumtemperatur stabil bleibt.

Auch die Richtung und Stärke der erzeugten Spannung wurde durch die Temperatur gesteuert.

Bei niedrigen Temperaturen dominierten winzige Unvollkommenheiten im Material das Verhalten. Mit zunehmender Erwärmung des Materials übernahmen die natürlichen Schwingungen des Kristallgitters die Kontrolle und bewirkten, dass das elektrische Signal seine Richtung änderte.

"Sobald man versteht, was im Inneren des Materials vor sich geht, kann man Geräte entwerfen, die sich das zunutze machen", sagte Professor Qi.

"Das ist der Zeitpunkt, an dem Quanteneffekte aufhören, abstrakt zu sein, und anfangen, nützlich zu werden - und zukünftige Anwendungen zu unterstützen, die von selbstversorgten Sensoren und tragbarer Technologie bis hin zu ultraschnellen Komponenten für drahtlose Netzwerke der nächsten Generation reichen."