Mobiltelefonladdare och andra enheter kan bli mycket mindre efter att ett helt RIKEN-team av fysiker framgångsrikt krympt en elektrisk komponent som kallas en induktor till mikroskala dimensioner med hjälp av en kvanteffekt.

Induktorer är en grundkomponent i moderna elektriska kretsar, och de används i ett brett spektrum av applikationer, inklusive informationsbehandling, trådlösa kretsar och laddare för mobila enheter. De bygger på induktionslagen som den engelska fysikern Michael Faraday upptäckte 1831. Men även om fysiken har gjort stora steg sedan dess, de grundläggande principerna för induktorer förblir i huvudsak desamma - de är i grunden trådspolar.

Till skillnad från andra elektriska kretskomponenter, induktorer har varit svåra att förminska eftersom storleken på deras induktans minskar med deras volym, så att om du halverar deras volym, induktansen sjunker också till hälften.

Nu, Yoshinori Tokura, Tomoyuki Yokouchi och deras medarbetare, alla på RIKEN Center for Emergent Matter Science, har genererat en induktans motsvarande den för kommersiella induktorer men i en komponent vars volym är ungefär en miljon gånger mindre.

De uppnådde detta genom att använda en ny mekanism för att generera induktans som beror på kvanteffekter. Induktorer baserade på denna mekanism kommer att vara lätta att krympa eftersom deras induktans faktiskt ökar med minskande tvärsnittsarea.

"Vi upptäckte en elektromagnetisk induktans av kvantmekaniskt ursprung, "säger Yokouchi." Detta har stor potential för miniatyrisering av induktorer, en av de mest grundläggande delarna i samtida elektriska kretsar. "

En av författarna, Naoto Nagaosa, tidigare hade teoretiskt föreslagit en helt ny mekanism för elektromagnetisk induktion baserad på framväxande elektromagnetism, en ny form av elektromagnetism som härrör från de kvantmekaniska egenskaperna hos ledningselektroner i specialkonstruerade system. I föreliggande studie, teamet insåg denna effekt med hjälp av en magnet i mikrometer. Elektronens snurr som ger upphov till magnetismen är arrangerade i spiralliknande arrangemang, efterliknar spolarna i en konventionell induktor.

Yokouchi noterar att framgången med studien berodde på den samarbetsmiljö som finns på RIKEN. "Ett starkt samarbete mellan teoretiker och experimenter var avgörande för detta projekt, "säger han. I synnerhet experimenterna har mycket expertis i att tillverka avancerade kvantmaterial.

Teamets nanoskalainduktor fungerar endast vid mycket låga temperaturer, så de letar nu efter material som beter sig på samma sätt vid höga temperaturer. "För faktiska applikationer, vi måste hitta ett material som genererar framväxande induktans vid och över rumstemperatur, "säger Yokouchi." Vi har redan börjat söka efter det potentiella materialet. "