Исследователи из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (King Abdullah University of Science and Technology, KAUST), Саудовская Аравия, нашли новый способ эффективного преобразования в электрическую энергию тепла, источниками которого могут являться недра Земли, солнечный свет, и тепло, выбрасываемое в окружающую среду тепловыми станциями, фабриками и заводами. А основой технологии нового эффективного преобразования является известный и хорошо изученный эффект квантового туннелирования.
Квантовое туннелирование заключается в том, что квантовые частицы, в данном случае электроны, при определенных условиях смогут перепрыгивать через промежуток, через который по законам классической физики они пройти неспособны. Этот эффект используется сейчас достаточно широко, за его счет работают туннельные электронные компоненты, сканирующие туннельные микроскопы и некоторые элементы квантовых вычислительных систем.
Для прямого преобразования тепла требуется специальная антенна, которая воспринимает тепловую энергию как высокочастотные электромагнитные волны, что, в свою очередь, позволяет преобразовать тепло напрямую в электричество.
"Однако, на свете еще не существует диода, способного работать на частоте, соответствующей частоте фотонов инфракрасного света" - рассказывает Атиф Шэмим (Atif Shamim), ведущий исследователь, - "Именно поэтому мы обратили свое внимание на эффект квантового туннелирования".
Исследователи создали структуру, состоящую из антенны, рассчитанной на диапазон инфракрасного света и МДМ-диода (metal-insulator-metal diode). Основой этого диода является крошечный промежуток, через который могут перескакивать электроны, имеющие энергию, недостаточную для того, чтобы сделать это же самое с точки зрения классической физики. Но, как только электроны перепрыгивают через барьер за счет эффекта квантового туннелирования, возникает электрический заряд, который можно превратить в электрический ток.
Данная технология может быть использована в солнечных батареях, которые сейчас собирают лишь небольшой процент энергии, которая поступает вместе с солнечными лучами. Большая же часть энергии, которая приходится на энергию инфракрасного света, попросту теряется.
"Все это является только началом. Пока мы получили доказательства работоспособности новой технологии" - рассказывает Атиф Шэмим, - "Я надеюсь, что в скором времени нам удастся создать устройства, на поверхности которых находятся миллионы антенн и туннельных переходов, которые смогут стать основой еще одного вида энергетики".