Láng giềng Việt Nam trình làng công nghệ chỉ nhỏ bằng hạt bụi nhưng có thể phát hiện tàu ngầm ở độ sâu 500m
Từ một linh kiện nhỏ hơn đầu sợi tóc, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra cảm biến có khả năng “nghe” những biến động từ trường cực nhỏ.
Nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học Vật lý Hợp Phì cùng Viện Công nghệ Vật liệu và Kỹ thuật Ninh Ba - thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) - đã phát triển thành công một cảm biến từ trường Hall có độ nhạy rất cao.
Về lý thuyết, thiết bị có thể nhận biết “bóng từ” yếu do một tàu ngầm vỏ thép tạo ra ở khoảng cách 500m, trong khi kích thước cảm biến chỉ tương đương một hạt bụi.
Nghiên cứu - được công bố ngày 17/7 trên tạp chí "Physical Review Letters" - giúp giải quyết một hạn chế tồn tại hàng chục năm giữa độ nhạy và nhiễu tín hiệu của các cảm biến từ trường, vốn cản trở các cảm biến từ trường phát hiện những tín hiệu yếu nhất.
Cảm biến hiệu ứng Hall được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị hàng ngày như đồng hồ thông minh, điện thoại, hệ thống đo tốc độ bánh xe ô tô và máy quét y tế. Chúng phát hiện từ trường bằng cách tạo ra một điện áp rất nhỏ khi có từ trường tác động.
Ưu điểm của công nghệ này là cấu tạo đơn giản, chi phí thấp, tốc độ phản hồi nhanh và kích thước nhỏ.
Tuy nhiên, việc thu nhỏ cảm biến đồng thời tăng độ nhạy thường khiến độ nhiễu tăng theo. Nhóm nghiên cứu đã tìm ra nguyên nhân nằm ở những chuyển động rất nhỏ bên trong vật liệu từ.
Ở cấp độ nguyên tử, các electron liên tục thay đổi trạng thái và tạo ra những biến động trong vật liệu. Chính những chuyển động này lại tạo ra nhiễu, khiến cảm biến khó nhận biết các tín hiệu từ trường yếu.
Nhóm nghiên cứu phát hiện tốc độ của những chuyển động này có ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ nhiễu. Chúng chuyển động càng chậm thì nhiễu càng lớn, trong khi chuyển động nhanh hơn lại giúp giảm nhiễu.
Dựa trên phát hiện này, các nhà khoa học đã chế tạo một loại vật liệu từ nhân tạo có các chuyển động bên trong diễn ra rất nhanh. Họ kiểm soát chính xác độ dày của từng lớp vật liệu và điều chỉnh quá trình xử lý nhiệt để tăng khả năng phát hiện từ trường của cảm biến.
Cảm biến từ trường mới có kích thước vùng phát hiện chỉ 20 x 20 micromet. So với các máy đo từ proton cồng kềnh, tiêu tốn nhiều năng lượng hay các thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn (SQUID) đòi hỏi hệ thống làm lạnh đắt tiền, cảm biến Hall có ưu thế nhờ nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, chi phí thấp và dễ sử dụng.
Về lý thuyết, cảm biến mới có thể được dùng để phát hiện tàu ngầm – vốn gây ra những biến đổi nhỏ trong từ trường Trái Đất khi di chuyển. Nhưng công nghệ cảm biến này hiện mới chỉ có thể phát hiện mục tiêu ở khoảng cách gần và chưa đủ khả năng dò tìm từ xa.
Trước mắt, ứng dụng tiềm năng hơn nằm ở y sinh. Các tín hiệu từ trường cực yếu do tim và não tạo ra nằm trong phạm vi cảm biến có thể phát hiện, mở ra khả năng hỗ trợ nghiên cứu não bộ và phát hiện sớm một số bệnh tim.
