EN
في تطور علمي قد يعيد رسم ملامح صناعة الإلكترونيات كما نعرفها، نجح فريق بحثي دولي في الاقتراب خطوة غير مسبوقة نحو تشغيل الأجهزة الإلكترونية دون الحاجة إلى بطاريات أو عمليات شحن تقليدية، عبر استغلال ظاهرة كمومية متقدمة داخل المواد الصلبة.
الدراسة قادها البروفيسور Dongchen Qi من Queensland University of Technology، بالتعاون مع البروفيسور Xiaorong Wang من Nanyang Technological University، وركزت على التحكم في ظاهرة تعرف باسم “تأثير هول غير الخطي” (NLHE)، وهي ظاهرة في فيزياء المادة المكثفة تتيح توليد تيار كهربائي مستمر من إشارات كهربائية متناوبة موجودة بالفعل في البيئة المحيطة.
ما هو تأثير هول غير الخطي؟ وكيف يختلف عن التأثير التقليدي؟
يعرف العلماء منذ أكثر من قرن “تأثير هول” التقليدي، الذي يتطلب وجود مجال مغناطيسي لتوليد فرق جهد كهربائي عمودي على التيار لكن “تأثير هول غير الخطي” يتجاوز هذه القاعدة، إذ يسمح بتوليد جهد كهربائي عمودي على تيار متناوب من دون الحاجة إلى مجال مغناطيسي.
هذا يعني أن الإشارات اللاسلكية المنتشرة في الهواء، والموجات الكهرومغناطيسية المحيطة بنا، وحتى الضوضاء الكهربائية في البيئة، يمكن تحويلها مباشرة إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام، دون الحاجة إلى صمامات ثنائية أو دوائر إلكترونية معقدة لتحويل التيار.
مادة طوبولوجية تقود التحول
اعتمد الباحثون على مادة طوبولوجية عالية الجودة تعرف بخصائصها الإلكترونية غير التقليدية، وهي Bismuth telluride (Bi₂Te₃).
وأظهرت التجارب أن تأثير هول غير الخطي داخل هذه المادة يظل مستقرا حتى عند درجة حرارة الغرفة، وهو عامل حاسم يجعل التطبيق العملي ممكنا خارج المختبرات.
كما كشفت النتائج أن سلوك الجهد الكهربائي الناتج يتغير تبعا لدرجة الحرارة عند درجات الحرارة المنخفضة، تتحكم العيوب الدقيقة داخل المادة في السلوك الكهربائي.
وعند ارتفاع الحرارة، تصبح اهتزازات الشبكة البلورية هي العامل المسيطر، ما قد يؤدي أحيانا إلى انعكاس اتجاه الإشارة الكهربائية.
هذا الفهم العميق للآليات الداخلية يفتح الباب أمام تصميم مواد هندسية مخصصة لاستغلال هذه الظاهرة بأقصى كفاءة.
من النظرية إلى التطبيقات الواقعية
بحسب الباحثين، فإن هذا الاكتشاف يمهد الطريق نظريا وعمليا لتطوير:
-مستشعرات تعمل ذاتيا دون بطاريات
-شرائح إلكترونية تستمد طاقتها من البيئة المحيطة
-أجهزة قابلة للارتداء لا تحتاج إلى شحن
-مكونات فائقة السرعة لشبكات الاتصالات اللاسلكية من الجيل القادم
-تطبيقات ثورية في تقنيات إنترنت الأشياء (IoT)
بمعنى آخر، قد يصبح وجود البطارية في الأجهزة الصغيرة أمرا من الماضي خلال السنوات المقبلة.
نشر النتائج علميا
نُشرت نتائج الدراسة في ضمن مجلة Newton العلمية، بمشاركة باحثين من عدة مؤسسات بحثية دولية.
وأكد الفريق البحثي أن التأثيرات الكمومية لم تعد مجرد مفاهيم نظرية، بل أدوات هندسية قابلة للتطبيق، تمهد لجيل جديد من الإلكترونيات المعتمدة على الطاقة المحيطة بدلاً من مصادر الطاقة التقليدية.
مستقبل بلا شحن هل يقترب؟
رغم أن التطبيق التجاري لا يزال في مراحله الأولى، فإن هذا التقدم يمثل خطوة جوهرية نحو عالم تشغل فيه الأجهزة تلقائيا من الطاقة المنتشرة حولنا، دون الحاجة إلى توصيلها بالكهرباء أو استبدال بطارياتها.
إنه تحول قد يعيد تعريف علاقتنا اليومية بالتكنولوجيا، ويفتح الباب أمام ثورة صامتة في عالم الإلكترونيات المحمولة والذكية.
