Wi-Fi сигнал станет новым альтернативным источником энергии - «Технологии»

Любое передающее Wi-Fi сигнал электронное устройство продуцирует терагерцевые волны – электромагнитные волны с частотой в промежутке между микроволнами и инфракрасным излучением. Они известны под названием «Т-лучи» и вырабатываются также приборами, которые измеряют температуру, а также человеческими телами и самыми разными неодушевленными предметами.

В повседневной жизни терагерцовые волны встречаются практически повсюду, и теоретически их можно задействовать в качестве альтернативного источника энергии, например, для зарядки мобильного телефона. До сих пор энергия этих волн расходовалась впустую, поскольку не имелось технологии для улавливания и преобразования ее в какую-либо пригодную для использования форму.

Ученые из Массачусетского технологического института разработали концепцию устройства, которое, по их заявлению, сможет преобразовать окружающие терагерцевые волны в постоянный ток и запитывать им электронику.

В основе представленной технологии используются особенности квантово-механического или атомарного поведения графена. Исследователи обнаружили, что в комбинации графена с нитридом бора, электроны углерода способны изменять свое движение в общем направлении. По их мнению, чтобы пройти через материал в одном направлении и создать постоянный ток, любые входящие терагерцевые волны должны «переносить» электроны графена, подобно миниатюрным курьерам.

Результат работы ученых был опубликован в журнале Science Advances и сейчас они заняты созданием рабочего прототипа.

Нарушение симметрии графена

В последние годы ученые предлагают разные способы сбора и преобразования окружающей энергии в полезное электричество. Но в основном это делается за счет выпрямителей – девайсов, которые предназначены для конвертации электромагнитных волн переменного тока в постоянный.

Большинство выпрямителей работают с низкочастотными волнами используя электрическую цепь с диодами для генерации электрического поля. Работа этих устройств ограничена определенными частотами, в число которых не входит терагерцовый диапазон.

Чтобы отказаться от внешнего электрического поля и заставить электроны перемещаться в одном направлении на квантовомеханическом уровне и преобразовывать терагерцевые волны в постоянный ток требуется очень чистый, свободный от примесей материал. Обнаружилось, что графен – идеальный кандидат.

Но для этого графен должен был бы нарушить внутреннюю симметрию, или то, что физики называют «инверсией». Обычно электроны в графене воздействуют друг на друга с одинаковой силой, а это означает, что любая поступающая энергия рассеивает их во всех направлениях симметрично.

Ученым удалось найти способ преодолеть инверсию графена и вызвать асимметричный поток электронов в ответ на поступающую энергию. Для этого на графен нанесли слой нитрида бора, напоминающий рисунок сот, состоящих из двух типов атомов - бора и азота. Они обнаружили, что при таком расположении силы между электронами графена были выбиты из равновесия: электроны рядом с бором испытывал одну силу, в то время как электроны рядом с азотом – другую. Общий эффект заключался в том, что физики называют «косым рассеянием», когда облака электронов отклоняют свое движение в одном направлении.

Одно направление

Ученые также обнаружили, что чем сильнее энергия поступающего терагерца, тем больше энергии устройство может преобразовывать в постоянный ток. Это означает, что преобразователь T-лучей должен также каким-то образом концентрировать эти волны перед их попаданием в устройство.

Опираясь на этот вывод, исследователи разработали концепт терагерцового выпрямителя, состоящего из небольшого графенового квадрата, расположенного на слое нитрида бора внутри антенны, которая будет собирать и концентрировать окружающее терагерцовое излучение, усиливая его сигнал достаточно, чтобы преобразовать его в постоянный ток.

Команда ученых подала патент на новую конструкцию «высокочастотного выпрямления» и теперь работает с физиками-экспериментаторами в MIT над созданием действующего прототипа. По их мнению, в ближайшем будущем терагерцовые выпрямители могут быть использованы, например, для беспроводного питания имплантатов в теле пациента, а также преобразования сигналов Wi-Fi для зарядки бытовой электроники вроде смартфонов и ноутбуков.

Источник: news.mit.edu