Suurin osa auringonvalosta imeytyy maan pintoihin, valtameriin ja ilmakehään. Saudiarabialaisen King Abdullah University of Science and Technologyn (KAUST) tutkijat ovat kehittäneet MIM-diodirakenteen, joka pystyy muuntamaan syntyneen energian sähköksi. Samaan pyritään yhdysvaltalaisessa Georgia Techissä optisella Rectenna-rakenteella.

Lämpenemisen vaikutuksesta infrapunasäteilyä emittoituu kaikkialla ympärillämme 24 tuntia vuorokaudessa.  Koska infrapunaemissioilla on hyvin pienet aallonpituudet, ne tarvitsevat nanokokoisia antenneja. Tunnelointipiirit, kuten metalli-eristin-metalli (MIM) -diodit, tasasuuntaavat infrapuna-aaltoja virraksi, siirtämällä elektroneja nanokokoisen esteen kautta.

Tunneloitavien voimakkaiden kenttien tuottamiseksi tarvitaan rusettimaista nanoantennia, jossa on ohut eristävä kalvo kahden hieman päällekkäin menevän metalliosan väliin.

Saudiarabialaisten tutkijoiden mukaan valitsemalla metalleja, joilla on erilaiset työfunktiot, joten uusi MIM-diodi (kuvassa vasemmalla) voi napata infrapuna-aaltoja nollajännitteellä sekä passiivinen ominaisuus, joka kytkee laitteen vain tarvittaessa.

Infrapuna-altistuksella tehdyt kokeet paljastivat tutkijoille, että rusettiantenni onnistui keräämään energiaa yksinomaan säteilystä eikä lämpövaikutuksista, mikä ilmenee polarisaatiosta riippuvasta antojännitteestä.

Myös yhdysvaltalainen Georgia Techin tutkijaryhmä on parantanut 2015 kehitettyä optista Rectenna-ratkaisuaan. Tutkijoiden suunnitelma koostuu hiilinanoputki-antennista ja dioditasasuuntaajasta. He kertovat kaksinkertaistaneensa rakenteen tehokkuuden ja siirtyneet ilmalle vakaisiin diodimateriaaleihin.

Rectenna toimii kytkemällä valon sähkömagneettikenttä antenniin, tässä tapauksessa moniseinämäisten hiilinanoputkien joukkoon, joiden päät on avattu. Sähkömagneettinen kenttä luo värähtelyä antennissa, jolloin syntyy vaihteleva elektronien virta.

LISÄÄ: Nanobitteja (LINKKI) ja KAUST:n tutkijoiden tiedote (LINKKI) ja Georgia Techin tutkijoiden tiedote (LINKKI)

Kuva: Georgia Tech/Christopher Moore

Päivitetty 12.2.2017