Разработана технология превращения ИК-излучения Земли в электричество

Тепло, которое получает Земля от солнечных лучей, нагревает поверхность суши, океанов и атмосферу, а ее излишки в виде инфракрасного излучения тратятся впустую. Между тем, по оценкам экспертов, речь идет о миллионах гигаватт ежесекундно. Поскольку инфракрасные волны короткие, для того чтобы их поймать, требуются крошечные антенны. В их разработке как раз может помочь квантовое туннелирование.

«В мире не существует коммерчески доступных диодов, которые могли бы работать на таких высоких частотах, — говорит ведущий исследователь Атиф Шамим. — Вот почему мы обратились к квантовому туннелированию». Туннельный эффект — хорошо изученный феномен в квантовой физике, когда частица способна преодолеть барьер при том, что ее энергии на это не хватает. В классической физике этот эффект невозможен, как не может, например, мяч закатиться на холм без хорошего пинка. В квантовой физике мяч может подняться на холм благодаря соотношению неопределенностей. В случае наноантенны туннельный эффект позволяет электронам двигаться сквозь небольшой барьер, некое туннельное устройство вроде диода металл-диэлектрик-металл (МДМ-прибор), превращая инфракрасные волны в ток.

Ученые смогли создать антенну в форме галстука-бабочки, зажав тонкий слой диэлектрика между двумя металлическими «крыльями» из золота и титана. Такое устройство способно генерировать мощные электрические поля, которые необходимы для квантового туннелирования. Во время испытаний оно успешно улавливало ИК-излучение при нулевом приложенном напряжении, то есть включалось только при необходимости, сообщает Science Alert.

«Это только начало — проверка концепции», — говорит Шамим. Но со временем эта технология может принести ощутимую пользу. «Мы могли бы соединить миллионы таких устройств, чтобы увеличить объемы выработки электроэнергии», — добавляет он.

Туннельный эффект использовали также российские и японские ученые в разработке транзистора на основе графена с рекордно низким энергопотреблением. Такая конструкция уникальна тем, что для нее не требуется химического покрытия графена другими веществами. Это заметно снижает стоимость производства электроники.