Sciencemag.cz
Doporučujeme
Wi-Fi signál proudí všude kolem nás. Jeho produkce je spojena s terahertzovými vlnami, které se nacházejí mezi pásmem mikrovln a infračervenou oblastí. Máme-li solární energetiku, nestálo by za to zkusit „sklízet“ i tuto část spektra, i když samozřejmě příslušné fotony nesou o několik řádů energie méně? Navíc na terahertzových frekvencích vyzařují energii např. i živá těla…
Samotná myšlenka je nasnadě a není nijak nová, dosud se ale nikomu nepodařila technická realizace. Konkrétní technologie převodu záření na proud závisejí na frekvenci a v terahertzové oblasti nebyly použitelné. Několik experimentálních zařízení zase fungovalo, ale pouze při velmi nízkých teplotách (takže na chlazení by se alespoň na Zemi spotřebovalo více energie, než by se takto dalo získat).
Na MITu nyní přišli s tím, že i zde by mohl pomoci málem zázračný grafen. Studie publikovaná v Science Advances uvádí, že terahertzové vlny by mohly usměrnit tok elektronů v grafenu – jinak řečeno vytvářet stejnosměrný proud. Grafen ovšem musí být velice čistý, nepravidelnosti v mřížce způsobují totiž rozptyl indukovaných elektronů. K tomu, aby grafen fungoval jako příslušný článek, je třeba jej navíc ještě zkombinovat s jiných 2D materiálem, nitridem boru (BN). Položíme-li totiž grafen na nitrid boru, na elektrony blíže bóru a blíže dusíku působí různé síly. To má stačit k tomu, aby došlo k „porušení symetrie“; jinak by přicházející energie elektrony v grafenu sice také rozpohybovala, ale neužitečně, ve všech směrech stejně a výsledkem by bylo pouze teplo. Součástí výzkumu byla i konstrukce terahertzového usměrňovače, který by dokázal vstupní signál koncentrovat. Prototyp zařízení má nakonec podobu čtverečku grafenu položeného na širší vrstvě nitridu bóru, vše je vloženo do příslušné antény. Zařízení funguje při pokojové teplotě.
Možné využití? Samozřejmě se nabízí nabíjení smartphonů, ale získaná energie je přece jen dost malá, spíše stačí pro různá nízkoenergetická zařízení typu IoT – např. tam, kde je výměna baterií příliš komplikovaná, jako je tomu u kardiostimulátorů.
I když původní inspirací bylo využití energie z terahertzové části spektra, grafen by takto mohl vytvářet proud i ze záření o jiných frekvencích.
Hiroki Isobe et al. High-frequency rectification via chiral Bloch electrons, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aay2497
Zdroj: MIT News/Phys.org
Poznámka PH, cynická: I dnes nám už může absence konektivity snadno narušit fyziologické funkce, v případě příslušného nabíjení kardiostimulátoru by ovšem tvrzení „smrt v důsledku výpadku připojení k internetu“ mohlo získat nový význam…
