研究人員將這種新設備稱(chēng)為“光整流天線(xiàn)”(optical rectennas)，雖然非常小，但其效率大約是類(lèi)似能量收集設備的100倍。達到如此高的效率，正是利用了“共振隧穿”效應——電子在不消耗任何能量的情況下穿過(guò)固體物質(zhì)。這項成果使光整流天線(xiàn)朝著(zhù)更加實(shí)用的方向邁出了重要一步。
整流天線(xiàn)開(kāi)發(fā)于上世紀六七十年代，由吸收輻射的天線(xiàn)和將能量轉化為直流電流的二極管組成。為了捕獲熱輻射，整流管必須足夠小。然而設備越小，其電阻就越高，這會(huì )縮小功率輸出。因此，讓整流天線(xiàn)不僅具有非常低的電阻，還能捕獲光一直是此類(lèi)設備研發(fā)面臨的挑戰。
此次，研究人員設計了迄今首個(gè)能夠發(fā)電的整流天線(xiàn)。該研究論文主要作者阿米娜·貝爾卡迪說(shuō)：“我們首次證明了，在能量收集整流天線(xiàn)中電子發(fā)生了共振隧穿。”
貝爾卡迪解釋說(shuō)，在傳統整流天線(xiàn)中，電子必須通過(guò)絕緣體才能發(fā)電。這些絕緣體給設備增加了很大電阻，減少了可輸出電量。
而在最新研究中，他們在設備上增加了兩個(gè)絕緣體，而不是一個(gè)。這產(chǎn)生一種叫作量子“阱”的效應。如果電子以恰到好處的能量擊中這個(gè)阱，就可以利用它穿過(guò)兩個(gè)絕緣體，且在這個(gè)過(guò)程中不會(huì )遇到任何阻力。“如果你選擇合適的材料，合適的厚度，就能使電子暢通無(wú)阻。”貝爾卡迪說(shuō)，就像幽靈一般“穿墻而過(guò)”。
為了測試這種效應，研究人員在實(shí)驗室的熱板上排列了一個(gè)由25萬(wàn)個(gè)整流天線(xiàn)組成的網(wǎng)絡(luò )，發(fā)現其捕獲的熱量尚不足1%。但貝爾卡迪認為這個(gè)數字還會(huì )繼續上升，“如果使用不同的材料或改變絕緣體，讓阱更深，就會(huì )有更多電子通過(guò)。”
光整流天線(xiàn)有望給可再生能源領(lǐng)域帶來(lái)變革，比如收集工廠(chǎng)煙囪或烘焙烤箱發(fā)出的熱量，一些科學(xué)家甚至設想將其安裝在地球上空的航天器上，捕獲從地球輻射到外太空的能量。研究合作者加雷特·莫德?tīng)柦淌谡f(shuō)：“如果你能捕獲輻射到外層空間的熱量，那么你就能在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)獲得電力。”
