Επιστήμονες χρησιμοποιούν τη κβαντική σήραγγα για τη συγκομιδή ηλεκτρικής ενέργειας από τη θερμότητα της Γης.
Οι επιστήμονες έχουν βρει έναν τρόπο να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια από την υπέρμετρη ακτινοβολία της Γης και την απόβλητη θερμότητα, χρησιμοποιώντας κβαντική σήραγγα (κβαντοσηράγγωση). Ο πλανήτης μας απορροφά τεράστιες ποσότητες ηλιακού φωτός που με τη σειρά του οδηγούν σε σχεδόν σταθερή εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας, η οποία εκτιμάται ότι ανέρχεται σε εκατομμύρια gigawatts ενέργειας.
Η κβαντική σήραγγα είναι μια κβαντική μηχανική επίδραση που συμβαίνει όταν ένα σωματίδιο διασχίζει ένα φράγμα σωματιδίων που ιδανικά είναι απίθανο να ξεπεραστεί. Για παράδειγμα, στην κλασική φυσική, μια μπάλα που ανεβαίνει σε ένα λόφο θα απαιτούσε μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας για να ανέβει το λόφο. Εντούτοις, στην κβαντική φυσική , η μπάλα μπορεί να σκάψει μέσα από το λόφο για να φτάσει κατευθείαν στο στόχο, σπαταλώντας λιγότερη ενέργεια, δηλαδή στην ουσία ανοίγει μία σήραγγα.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτή η υπέρυθρη θερμότητα “μπορεί να συλλεχθεί 24 ώρες την ημέρα” για την παραγωγή ηλεκτρισμού, χρησιμοποιώντας τη κβαντική σήραγγα. Η διαδικασία περιλαμβάνει τη χρήση κεραιών σχεδιασμένων κατά παραγγελία, τα οποία είναι ικανά να ανιχνεύουν την υπερύθρουση ή την απορριπτόμενη θερμότητα ως ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας, μετατρέποντας αυτά τα τετραπλάσια σήματα κύματος σε ηλεκτρισμό.
Δεδομένου ότι οι εκπομπές υπέρυθρων έχουν πολύ μικρά μήκη κύματος και μπορούν να ταλαντεύονται χιλιάδες φορές ταχύτερα από ένα τυπικό ημιαγωγό ικανό να κινεί ηλεκτρόνια, απαιτούν νανο-κεραίες που είναι δύσκολο να δημιουργηθούν ή να δοκιμαστούν. Ωστόσο, σύμφωνα με τους επιστήμονες πίσω από τη νέα μελέτη, η κβαντική σήραγγα μπορεί να προσφέρει την πρόοδο που απαιτείται για την επίτευξη του στόχου.
«Δεν υπάρχει καμία εμπορική μεθοδολογία στον κόσμο που να μπορεί να λειτουργεί με τόσο μεγάλη συχνότητα για να επιτευχθεί αυτό το μεγαλεπήβολο σχέδιο, γι ‘αυτό και στράφηκα στην κβαντική σήραγγα.», δήλωσε ο Atif Shamim, επικεφαλής ερευνητής της νέας μελέτης, από το Πανεπιστήμιο University of Science and Technology (KAUST) στη Σαουδική Αραβία.
Οι συσκευές σήραγγας, όπως οι metal-insulator-metal (MIM) μετασχηματίζουν τα υπέρυθρα κύματα σε ρεύμα μετακινώντας τα ηλεκτρόνια μέσω ενός λεπτού φραγμού νανομέτρου. Προκειμένου να δημιουργηθούν τα έντονα ηλεκτρικά πεδία που χρειάζονται για την κατασκευή σήραγγας, οι ερευνητές δημιούργησαν μια νάνο κεραία με σχήμα παπιγιόν, τοποθετώντας το λεπτό μονωτικό φιλμ μεταξύ δύο ελαφρώς επικαλυμμένων μεταλλικών βραχιόνων από χρυσό και τιτάνιο.
«Το πιο δύσκολο κομμάτι ήταν η επικάλυψη νανοκλίμακας των δύο βραχιόνων στη κεραία, η οποία απαιτούσε πολύ ακριβή ευθυγράμμιση», δήλωσε ο Gaurav Jayaswal, ένας μεταδιδακτορικός ερευνητής που συμμετείχε στην έρευνα. «Παρ ‘όλα αυτά, συνδυάζοντας έξυπνα κόλπα με τα προηγμένα εργαλεία στη μονάδα παραγωγής nanofabrication της KAUST, ολοκληρώσαμε αυτό το βήμα».
Η δίοδος MIM που δημιουργήθηκε από τους ερευνητές ήταν σε θέση να συλλέξει με επιτυχία την υπέρυθρη ακτινοβολία με μηδενική εφαρμοζόμενη τάση – ένα χαρακτηριστικό που επιτρέπει τη συσκευή να ενεργοποιείται μόνο όταν απαιτείται.
.){kind=link}