研究人员发现了如何在一种先进材料中利用微观缺陷和原子振动来控制一种强大量子效应。该效应可以将来自环境的交流电信号直接转换为电子设备所需的电流，而无需传统元件。随着温度的变化，信号甚至可以翻转方向，这为科学家调控器件性能提供了一种新途径。
由昆士兰科技大学（QUT）化学与物理学院 Dongchen Qi 教授和新加坡南洋理工大学 Xiao Renshaw Wang 教授领导的一个国际研究团队，深入探究了非线性霍尔效应（NLHE）背后的物理机制，这是一种在未来能量采集技术中具有重大潜力的量子现象。
与经典霍尔效应不同，NLHE 可以将交流电信号直接转换为直流电。这意味着来自无线传输或其他环境源的能量有可能转化为可用的电力，而无需依赖传统的二极管或其他笨重的电子元件。
Qi 教授表示：“NLHE 是凝聚态物理中一种复杂的量子现象，即使在没有磁场的情况下，也会在垂直于施加交流电的方向上产生电压。”
“这种效应使我们要能够将交流信号直接转换为直流电，而这正是为电子设备供电所需要的。原则上，这意味着传感器或芯片可以在没有电池的情况下运行，从其环境中获取能量。”
量子材料在室温下表现出稳定性能
为了更好地理解该效应的工作原理，研究人员研究了一种以其异常电子行为著称的高质量拓扑材料。
他们的实验表明，非线性霍尔效应即使在室温下也能保持稳定，这是迈向实验室外实际应用的重要一步。
研究团队还发现，温度在决定该材料产生的电压强度和方向方面起着关键作用。
缺陷和原子振动如何控制该效应
在较低温度下，材料内部微小的缺陷对量子效应的影响最大。随着温度升高，晶体结构中自然发生的振动变得更加重要。
这种转变导致产生的电信号方向发生逆转，揭示了一种此前未被发现的控制该现象的机制。
Qi 教授说：“一旦你了解了材料内部发生的情况，你就可以设计器件来利用它。”
“那时量子效应就不再是抽象的概念，而是开始变得实用——支持从自供电传感器和可穿戴技术到下一代无线网络超快组件等未来的广泛应用。”
这些发现为量子材料的行为提供了新的见解，并可能帮助研究人员开发出更小、更快、能效更高且能从周围环境中采集能量的技术。