Ученые Университета науки и технологий в Саудовской Аравии придумали способ конвертации энергии инфракрасного излучения, испускаемого нагретой солнечными лучами Землей, в энергию электрического тока. Для этой цели использовали квантовое туннелирование. Об этом сообщает издание Science Alert.

Большое количество солнечного излучения, поступающего на Землю, поглощается поверхностью и атмосферой и переизлучается в виде инфракрасных волн. По оценкам специалистов, энергия в этой форме утекает в количестве порядка миллиона гигаватт каждую секунду.

Для ее улавливания исследователи предлагают использовать наноразмерные антенны и связанные с ними диоды, которые состоят из изоляционного слоя, зажатого между двумя металлическими слоями. В таких устройствах, называемых ректеннами, возникает явление, известное как квантовое туннелирование — телепортация частицы сквозь непреодолимый энергетический барьер.

Квантовое туннелирование невозможно с точки зрения классической физики, но оно объясняется в рамках квантовой механики. Из-за принципа неопределенности Гейзенберга у частицы, местоположение которой точно известно, импульс будет неопределенным, то есть он может принимать случайные значения. Таким образом, частица может получить дополнительную потенциальную энергию, которой хватит для преодоления барьера. Это явление используется для усиления электрических полей внутри диодов.

Ученые создали опытный образец диода, поместив тонкий изоляционный слой между двумя металлическими кронштейнами из золота и титана. Фотоны инфракрасного излучения попадают в ректенну и выбивает электроны из металла на границе металл-изолятор. Это приводит к появлению плазмонов — согласованных колебаний электронов — и усилению электрического поля благодаря эффекту туннелирования в том месте, где кронштейны слегка перекрываются.

Для туннелирования обычно необходимо прикладывать напряжение, однако данное устройство захватывает инфракрасное излучение, конвертирует его в электрический ток и усиливает его, работая в пассивном режиме.