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营口市科学技术馆

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  • 新突破:借助量子隧穿效应或能变地球废热为电能
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            内容摘要: 新突破:借助量子隧穿效应或能变地球废热为电能 科学家们已经找到一种方式,借助量子隧穿效应从地球剩余的红外线辐射和废热中收获电能。我们的地球吸收大量的阳光,从而为我们带来了近乎恒定的红外线辐射,科学家想要利用这些能量。量子隧穿效应是一种量子力学效果,当一颗粒子穿过理论上不应当穿过的一种障碍物时就会发生这种现象。 比如说,在经典物理学中,滚过一座山的球需要一定的能量才能爬上山顶并且到达另外...

     

    新突破:借助量子隧穿效应或能变地球废热为电能

     

           科学家们已经找到一种方式,借助量子隧穿效应从地球剩余的红外线辐射和废热中收获电能。我们的地球吸收大量的阳光,从而为我们带来了近乎恒定的红外线辐射,科学家想要利用这些能量。量子隧穿效应是一种量子力学效果,当一颗粒子穿过理论上不应当穿过的一种障碍物时就会发生这种现象。

    比如说,在经典物理学中,滚过一座山的球需要一定的能量才能爬上山顶并且到达另外一侧。然而,在量子物理学中,球体能够以较少的能量穿过这座山,也就是以隧道的形式通过障碍。

    研究人员认为,可以借助量子隧穿效应收获这种红外热量并且实现一天24小时发电。这一过程需要利用一种特制的天线,能够以高频电磁波的形式探测红外辐射或者废热,并且将这些千万亿分之一秒的电磁波信号转变成电流。

    由于红外线辐射波长较小而且振荡速度是典型半导体电子的数千倍,因此研究人员需要一种纳米天线,但是这种天线难以制造或者测试。根据进行这项研究的科学家称,量子隧穿效应能够为实现这一目标提供突破。这项研究的负责人,沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的Atif Shamim称:“目前世界上没有能够在这种高频下运作的商业二极管。这也是我们转向量子隧穿效应的原因。”

    具备量子隧穿效应的设备(MIM二极管)能够让电子穿过一个纳米级厚度的障碍物,将红外波转变成为电流。为了打造形成量子隧穿效应需要的强烈电场,研究人员打造了一种蝴蝶结形状的纳米天线,并且在两个轻微重叠的金属天线之间夹上薄的绝缘层。

     

    一位参与这项研究的博士后研究员Gaurav Jayaswal称:“最具挑战性的部分就是两个天线之间的纳米级重叠,这需要非常精密的定位。尽管如此,我们仍然借助阿卜杜拉国王科技大学纳米制造工厂的先进工具完成了制造过程。”研究人员创造的MIM二极管能够成功捕获红外辐射而且外加电压为零,这一特征意味着这种设备可以在任何需要的时候打开。

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