Bui Nhat Minh
Intern Writer
Pin có thể lỗi thời? Hiệu ứng lượng tử mới mở ra khả năng tạo chip tự cấp nguồn
Trong nhiều thập kỷ, pin vẫn là nền tảng của mọi thiết bị điện tử, từ điện thoại, laptop cho tới cảm biến công nghiệp. Nhưng một nghiên cứu mới đang khiến giới khoa học tin rằng tương lai có thể xuất hiện những con chip tự lấy năng lượng trực tiếp từ môi trường xung quanh mà không cần pin truyền thống.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Newton vào đầu năm 2026 tập trung vào một hiện tượng lượng tử có tên hiệu ứng Hall phi tuyến, hay Nonlinear Hall Effect (NLHE). Dù còn ở giai đoạn thử nghiệm, công nghệ này được đánh giá có tiềm năng mở ra thế hệ thiết bị điện tử siêu nhỏ, tiết kiệm năng lượng và hoạt động độc lập trong thời gian dài.
Nhóm nghiên cứu quốc tế đã sử dụng bismuth telluride một chất bán dẫn quen thuộc trong lĩnh vực nhiệt điện để tiến hành thí nghiệm. Vật liệu này gồm bismuth, kim loại thường xuất hiện trong mỹ phẩm và dược phẩm, kết hợp với tellurium, nguyên tố hiếm giúp cải thiện tính chất điện của vật liệu.
Các nhà khoa học muốn tìm hiểu cách NLHE hoạt động trong môi trường lượng tử. Hiệu ứng Hall thông thường vốn đã được biết đến từ lâu: khi dòng điện đi qua vật liệu dưới tác động của từ trường, nó tạo ra điện áp vuông góc với hướng truyền dòng điện. Tuy nhiên, NLHE lại khác biệt khi có thể tạo ra điện áp chỉ từ sự tương tác giữa các dòng điện vuông góc, mà không cần cơ chế truyền thống.
Điểm khiến hiện tượng này đặc biệt hấp dẫn nằm ở tính đối xứng đảo ngược thời gian. Nói cách khác, hiệu ứng vẫn xuất hiện ngay cả khi quá trình vật lý diễn ra theo chiều ngược lại của thời gian, điều hiếm thấy trong các hệ điện tử thông thường.
Tán xạ là quá trình các electron bị ảnh hưởng bởi tạp chất hoặc dao động nhiệt trong vật liệu. Đây chính là yếu tố khiến hiệu suất của NLHE suy giảm đáng kể. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đang thử nhiều phương pháp khác nhau để hạn chế tác động này, từ cải thiện độ tinh khiết vật liệu cho tới kiểm soát nhiệt độ hoạt động.
Nếu vượt qua được rào cản hiện tại, công nghệ NLHE có thể đặc biệt hữu ích cho các thiết bị điện tử công suất thấp như cảm biến môi trường, chip IoT, bộ chỉnh lưu tần số cao hoặc các hệ thống điện tử siêu nhỏ. Thay vì phụ thuộc vào pin, các thiết bị này có thể lấy năng lượng trực tiếp từ những dao động điện tự nhiên trong môi trường xung quanh.
Điều đó đồng nghĩa với việc trong tương lai, chúng ta có thể sở hữu các cảm biến hoạt động nhiều năm mà không cần thay pin, hoặc những con chip siêu nhỏ tự duy trì năng lượng khi hoạt động.
Theo Wang, công nghệ này phù hợp hơn với các hệ thống phân tán công suất thấp thay vì những ứng dụng tiêu thụ điện năng lớn. Nó khó có thể cấp điện cho cả thành phố hay vận hành các thiết bị công suất cao, nhưng lại rất lý tưởng cho thế giới vi điện tử và điện toán lượng tử.
Bước tiếp theo của nghiên cứu sẽ là phát triển các vật liệu tiên tiến hơn để tăng độ ổn định tín hiệu ở nhiệt độ phòng, đồng thời tích hợp NLHE vào các thiết bị thực tế thay vì chỉ dừng ở thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Dù còn nhiều thách thức, nghiên cứu này vẫn được xem là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực vật lý lượng tử ứng dụng. Nó cho thấy các nhà khoa học đang tiến gần hơn tới viễn cảnh tạo ra những thiết bị điện tử tự cấp nguồn, nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng hơn bao giờ hết.(popularmechanics)
Trong nhiều thập kỷ, pin vẫn là nền tảng của mọi thiết bị điện tử, từ điện thoại, laptop cho tới cảm biến công nghiệp. Nhưng một nghiên cứu mới đang khiến giới khoa học tin rằng tương lai có thể xuất hiện những con chip tự lấy năng lượng trực tiếp từ môi trường xung quanh mà không cần pin truyền thống.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Newton vào đầu năm 2026 tập trung vào một hiện tượng lượng tử có tên hiệu ứng Hall phi tuyến, hay Nonlinear Hall Effect (NLHE). Dù còn ở giai đoạn thử nghiệm, công nghệ này được đánh giá có tiềm năng mở ra thế hệ thiết bị điện tử siêu nhỏ, tiết kiệm năng lượng và hoạt động độc lập trong thời gian dài.
Nhóm nghiên cứu quốc tế đã sử dụng bismuth telluride một chất bán dẫn quen thuộc trong lĩnh vực nhiệt điện để tiến hành thí nghiệm. Vật liệu này gồm bismuth, kim loại thường xuất hiện trong mỹ phẩm và dược phẩm, kết hợp với tellurium, nguyên tố hiếm giúp cải thiện tính chất điện của vật liệu.
Các nhà khoa học muốn tìm hiểu cách NLHE hoạt động trong môi trường lượng tử. Hiệu ứng Hall thông thường vốn đã được biết đến từ lâu: khi dòng điện đi qua vật liệu dưới tác động của từ trường, nó tạo ra điện áp vuông góc với hướng truyền dòng điện. Tuy nhiên, NLHE lại khác biệt khi có thể tạo ra điện áp chỉ từ sự tương tác giữa các dòng điện vuông góc, mà không cần cơ chế truyền thống.
Điểm khiến hiện tượng này đặc biệt hấp dẫn nằm ở tính đối xứng đảo ngược thời gian. Nói cách khác, hiệu ứng vẫn xuất hiện ngay cả khi quá trình vật lý diễn ra theo chiều ngược lại của thời gian, điều hiếm thấy trong các hệ điện tử thông thường.
Từ hiệu ứng lượng tử tới chip tự lấy điện từ môi trường
Theo Tiến sĩ Xueyan Wang, một trong những tác giả nghiên cứu, các thử nghiệm ban đầu cho thấy NLHE có thể chuyển đổi tín hiệu điện thành dòng điện hữu ích với tốc độ rất nhanh. Quan trọng hơn, hiệu ứng này có thể duy trì tương đối ổn định ở nhiệt độ phòng nếu kiểm soát tốt hiện tượng tán xạ bên trong vật liệu.Tán xạ là quá trình các electron bị ảnh hưởng bởi tạp chất hoặc dao động nhiệt trong vật liệu. Đây chính là yếu tố khiến hiệu suất của NLHE suy giảm đáng kể. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đang thử nhiều phương pháp khác nhau để hạn chế tác động này, từ cải thiện độ tinh khiết vật liệu cho tới kiểm soát nhiệt độ hoạt động.
Nếu vượt qua được rào cản hiện tại, công nghệ NLHE có thể đặc biệt hữu ích cho các thiết bị điện tử công suất thấp như cảm biến môi trường, chip IoT, bộ chỉnh lưu tần số cao hoặc các hệ thống điện tử siêu nhỏ. Thay vì phụ thuộc vào pin, các thiết bị này có thể lấy năng lượng trực tiếp từ những dao động điện tự nhiên trong môi trường xung quanh.
Điều đó đồng nghĩa với việc trong tương lai, chúng ta có thể sở hữu các cảm biến hoạt động nhiều năm mà không cần thay pin, hoặc những con chip siêu nhỏ tự duy trì năng lượng khi hoạt động.
Vì sao NLHE chưa thể thay thế pin?
Dù đầy hứa hẹn, các nhà khoa học cũng nhấn mạnh rằng NLHE vẫn còn cách rất xa khả năng thay thế pin hoặc lưới điện truyền thống. Hiện tại, tín hiệu tạo ra từ hiệu ứng này vẫn khá nhỏ và dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cũng như các điều kiện môi trường.Theo Wang, công nghệ này phù hợp hơn với các hệ thống phân tán công suất thấp thay vì những ứng dụng tiêu thụ điện năng lớn. Nó khó có thể cấp điện cho cả thành phố hay vận hành các thiết bị công suất cao, nhưng lại rất lý tưởng cho thế giới vi điện tử và điện toán lượng tử.
Bước tiếp theo của nghiên cứu sẽ là phát triển các vật liệu tiên tiến hơn để tăng độ ổn định tín hiệu ở nhiệt độ phòng, đồng thời tích hợp NLHE vào các thiết bị thực tế thay vì chỉ dừng ở thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Dù còn nhiều thách thức, nghiên cứu này vẫn được xem là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực vật lý lượng tử ứng dụng. Nó cho thấy các nhà khoa học đang tiến gần hơn tới viễn cảnh tạo ra những thiết bị điện tử tự cấp nguồn, nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng hơn bao giờ hết.(popularmechanics)
