集能效率提升100倍！科学家设计出首个可发电的整流天线，基于共振隧穿

美国科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的科学家们，利用电子的一种特性，设计出了可以从环境中捕获多余热量并将其转化为可用电力的设备。

这种“光整流天线”（optical rectennas）太小，肉眼无法看到，但其收集能量的效率大约是类似工具的100倍。他们通过一种叫做“共振隧穿”（resonant tunneling）的神秘过程实现了这一壮举——电子在不消耗任何能量的情况下，通过了固体物质。

该研究的第一作者阿米娜·贝尔卡迪(Amina Belkadi)解释说，整流天线的工作原理有点像汽车无线电天线。但光学整流天线吸收光和热并将其转化为能量，而不是接收无线电波并将其转化为声音曲调。

它们还可能改变可再生能源的世界。从理论上讲，工作中的整流天线，可以收集来自工厂烟囱或烘焙炉的热量，否则这些热量就会被浪费掉。一些科学家甚至提议将这些装置安装在飞艇上，飞艇将在地球表面的高空飞行，捕捉从地球辐射到外太空的能量。

但是，此前整流天线还没有达到达到这些目标所需要的效率。而在最新的研究中，Belkadi和她的同事们设计了迄今首个能够发电的整流天线：“我们首次证明了，在能量收集整流天线中电子发生了共振隧穿。”

为了捕捉热辐射，整流天线需要非常小——比人的头发还要细很多倍。而这有可能会带来高电阻的问题，缩小整流天线的输出功率。

然而，在最新的研究中，研究人员决定在他们的设备中添加两个绝缘体，而不是一个。这创造了一种称为量子“阱”的能量现象：如果电子以合适的能量撞击到这个位置，它们就可以利用它穿过两个绝缘体——在这个过程中不会遇到阻力。这就像鬼魂不受干扰地穿过一堵墙。“如果你选择正确的材料，并使它们具有正确的厚度，那么它就会产生这种电子看不到阻力的能量水平。”

这意味着更多的能量。为了测试这种可怕的效应，Belkadi和她的同事们在实验室的热板上排列了一个由25万个整流天线组成的网络，它们的形状就像小领结。目前这些设备只能捕捉不到热板产生的1%的热量，不过他们准备逐步进行优化改进。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2021/05/210518114809.htm