в

Квантове тунелювання допомагає отримувати електрику від тепла Землі

Саудівські вчені навчилися використовувати фізичне явище квантового тунелювання для перетворення надлишкового тепла Землі в електрику

Як працює квантове тунелювання
Дослідники з Науково-технологічного університету імені короля Абдалли (KAUST) в Саудівській Аравії навчилися виробляти електрику з надлишкового тепла Землі за допомогою квантового тунелювання. Квантове тунелювання – це фізичне явище, в якому елементарні частинки здатні проходити через твердий бар’єр, крізь який, згідно з правилами класичної механіки, вони зазвичай не можуть пройти. Грубо кажучи, це все-одно, як якщо б ви пройшли крізь тверду стіну у вашій квартирі, не користуючись дверима. Це здається нереальним завданням, але в світі елементарних частинок і квантової механіки це можливо. Явище було теоретично передбачене на початку 20-го століття і стало загальноприйнятим науковим фактом в середині 20-го століття. Сьогодні квантове тунелювання грає важливу прикладну роль в таких пристроях, як тунельний діод, квантові обчислення і тунельний мікроскоп.

Як це працює

Новим його застосуванням стало виробництво електрики, використовуючи для цього тепло, що випромінюється Землею. Пристрій складається зі спеціально розробленої антени, яка може ідентифікувати це надлишкове тепло як високочастотні електромагнітні хвилі, а потім перетворює сигнали на електричний заряд. Видиме і невидиме випромінювання Сонця поглинається Землею, яка потім більшу частину енергії повертає назад в атмосферу у вигляді інфрачервоного випромінювання. Цей постійний потік випромінювання є абсолютно безкоштовною енергією, яку ми просто втрачаємо. За оцінками вчених Земля постійно випромінює енергію, потужністю кілька мільйонів гігават в секунду.

Квантове тунелювання, діаграма

Оскільки довжина інфрачервоних хвиль занадто коротка, саудівські вчені з KAUST повинні були розробити мікроантени, які підходять для уловлювання цього тепла. Атиф Шамим, провідний дослідник, так це коментує:

«В світі немає комерційного діода, який може працювати на такій високій частоті. Ось чому ми звернулися до квантового тунелювання».

З тунельним пристроєм, відомим як діод зі структурою метал-діелектрик-метал, електрони можуть проходити крізь невеликий бар’єр, незважаючи на відсутність у них необхідної для цього енергії. І що найважливіше, коли електрони все ж таки десь позичають енергію (в минулому, в майбутньому або в іншому вимірі) і проходять через бар’єр, то перетворюються в постійний електричний струм.

Лабораторія університету KAUST в Саудівській Аравії
Вчені в лабораторії університету KAUST

Описана технологія може бути застосована, наприклад, для виробництва більш ефективних сонячних панелей, які сьогодні збирають лише невеликий відсоток потенційної теплової і світлової енергії для генерування електроенергії. Незважаючи на те, що вченим належить виконати ще багато роботи, потенціал їх відкриття величезний і його важливість складно описати словами. Воно може назавжди змінити глобальний ринок чистої енергії на Землі.

Джерело: ScienceAlert.

Що Ви про це думаєте?

100 Подобається
Upvote Downvote

Напишіть відгук