Recientemente un grupo de investigadores han descubierto una manera de generar electricidad a partir de la radiación infrarroja sobrante de la Tierra y el calor residual, mediante la utilización de túneles cuánticos.
La Tierra absorbe cantidades masivas de luz solar que a su vez conduce a una emisión casi constante de radiación infrarroja, estimada en millones de gigavatios de energía.
La tunelización cuántica es un efecto mecánico cuántico que ocurre cuando una partícula se mueve a través de una barrera que idealmente no debería ser capaz de superar. Por ejemplo, en la física clásica, una pelota rodando cuesta arriba requeriría una cierta cantidad de energía para subir la colina y llegar al otro lado. Sin embargo, en la física cuántica, la pelota podría cavar a través de la colina con menos energía, de hecho haciendo un túnel a través de la barrera.
Según los investigadores, este calor infrarrojo «se puede cosechar las 24 horas del día» permitiendo generar electricidad, usando un túnel cuántico. El proceso implica el uso de antenas de diseño personalizado que son capaces de detectar el infrarrojo o el calor residual como ondas electromagnéticas de alta frecuencia, convirtiendo estas señales en electricidad.
Como las emisiones infrarrojas tienen longitudes de onda muy pequeñas y pueden oscilar miles de veces más rápido que un semiconductor típico capaz de mover electrones, requieren nano antenas que pueden ser difíciles de crear o probar. Sin embargo, de acuerdo con los científicos a cargo del nuevo estudio, la tunelización cuántica puede proporcionar el avance necesario para lograr el objetivo.
Atif Shamim, investigador principal del nuevo estudio, de la Universidad de Ciencia y Tecnología King Abdullah (KAUST) en Arabia Saudita, dijo en un comunicado:
No hay un diodo comercial en el mundo que pueda operar con tanta frecuencia. Es por eso que recurrimos a la tunelización cuántica”.
Los dispositivos de túnel como los diodos metal-insulator-meta (MIM) (o metal-aislante-metal en español) transforman las ondas infrarrojas en corrientes moviendo electrones a través de una barrera nanométrica.
Para generar los intensos campos eléctricos necesarios para la construcción de túneles, los investigadores crearon una nano antena en forma de pajarita, intercalando la fina película aislante entre dos brazos metálicos ligeramente superpuestos hechos de oro y titanio.
Gaurav Jayaswal, un investigador postdoctoral involucrado en la investigación, dijo en un comunicado:
La parte más desafiante fue la superposición a nanoescala de los dos brazos de antena, que requirió una alineación muy precisa. No obstante, al combinar trucos ingeniosos con las herramientas avanzadas en la instalación de nanofabricación de KAUST, logramos este paso”.
El diodo MIM creado por los investigadores fue capaz de capturar con éxito la radiación infrarroja con voltaje aplicado cero, una característica que permite que el dispositivo se encienda solo cuando sea necesario.
El estudio científico ha sido publicado en Materials Today Energy.
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