Kvantové tunelování umožňuje získávat elektrickou energii ze zemského tepla

Kvantové tunelování umožňuje získávat elektrickou energii ze zemského tepla

Jak sluneční světlo dopadá na Zemi, je absorbováno jejím povrchem, oceány a atmosférou. V důsledku tohoto ohřívání je všude kolem nás neustále emitováno infračervené záření. Vědci nyní objevili způsob, který umožňuje tuto energii (i odpadní teplo z průmyslových procesů) využívat.

Tento koncept využívá kvantové tunelování a jeho klíčovým prvkem je speciálně navržená anténa, která dokáže detekovat výše zmíněné odpadní či infračervené teplo jako vysokofrekvenční elektromagnetické vlny a odesílat je do usměrňovače – obvykle polovodičové diody – který převádí střídavé signály na stejnosměrný proud.

Protože infračervené vlnové délky jsou krátké, něco takového vyžaduje mikro- či nanoantény, které nelze snadno vyrobit ani testovat. Další problém představuje skutečnost, že tyto vlny velmi rychle oscilují. „Na světě neexistuje žádná komerční dioda, která by mohla pracovat na tak vysoké frekvenci. Proto jsme se obrátili ke kvantovému tunelování,“ uvedl vedoucí výzkumník Atif Shamim z King Abdullah University of Science and Technology (KAUST).

Klepněte pro větší obrázek

Zvláštnosti kvantové fyziky umožňují elektronům pohybovat se skrz malou bariéru prostřednictvím tunelovacího zařízení jako je MIM (metal-insulator-metal) dioda, což převádí infračervené vlny na proud. Protože bariéra je pouhý nanometr tenká, MIM diody mohou zpracovávat vysokofrekvenční signály v řádech femtosekund.

Odborníci dokázali vytvořit nanoanténu sestávající z tenkého izolačního filmu umístěného mezi dvěma mírně se překrývajícími rameny ze zlata a titanu, čímž získali zařízení schopné generovat intenzivní elektrické pole potřebná pro tunelování. Nová MIM dioda umí zachycovat infračervené záření s nulovým aplikovaným napětím, takže se zapíná pouze v případě potřeby.

Anténa zatím není příliš energeticky efektivní, ale její tvůrci doufají, že se to postupem času změní. „Je to jen začátek – důkaz koncepce,“ komentoval to Shafim. „Jednoho dne bychom mohli mít k dispozici miliony takových zařízení, která podpoří celkovou výrobu elektřiny.“

Zdroj: KAUST

Diskuze (25) Další článek: Český internet slaví 26 let. Jak se to vlastně celé přihodilo?

Témata článku: Technologie, Výzkum, Země, Energie, Elektřina, Fyzika, Postup času, Celková výroba, Vysoká frekvence, Zařízení schopný, Průmyslový proces, Stejnosměrný proud, Science and technolog, Infračervené záření, Kvantová fyzika, Teplo, Odpadní teplo, Anténa, Mim, Dioda, King Abdullah University of Science & Technology, Klíčový prvek, Vlna, Kvantové tunelování, Záření