Có thể dùng đường hầm lượng tử tạo ra điện?

Một nhóm các nhà khoa học cho biết đã tìm ra cách sử dụng đường hầm lượng tử để thu điện năng từ nhiệt của Trái đất.

Theo IB Times, Trái đất hấp thụ một lượng lớn ánh sáng mặt trời, từ đó dẫn tới sự phát xạ gần như không đổi của bức xạ hồng ngoại, ước tính hàng triệu GW năng lượng.

Các nhà khoa học tin rằng nhiệt hồng ngoại này "có thể thu được 24 giờ/ngày" để tạo ra điện thông qua đường hầm lượng tử.

Đường hầm lượng tử là một hiệu ứng cơ lượng tử dùng để chỉ sự chuyển dịch của hệ vật chất từ trạng thái này sang trạng thái khác mà thông thường bị ngăn cấm bởi các quy luật vật lý cổ điển (một màng chắn, một chướng ngại vật hay một giới hạn bất kỳ nào đó).

Các nhà khoa học tin rằng có thể dùng đường hầm lượng tử tạo ra điện - (Ảnh: iStock).

Ví dụ, trong vật lý cổ điển, nếu có hai thung lũng và một ngọn đồi ngăn cách, một hòn bi nằm trong thung lũng thứ nhất sẽ không thể vượt qua ngọn đồi để sang thung lũng kia nếu nó không được cung cấp một lượng năng lượng nhất định lớn hơn thế năng trên đỉnh đồi.

Tuy nhiên, trong vật lý lượng tử, vật chất không được miêu tả như vật chất, mà gần giống với hệ vật chất hay hàm sóng. Do đó hòn bi có thể xuyên qua đồi bằng năng lượng ít hơn thông qua đường hầm lượng tử ngay cả khi vị trí trung bình của nó ở bên thung lũng này.

Dựa trên lý thuyết đó, các nhà khoa học đã sử dụng ăng-ten nano được thiết kế tùy chỉnh có khả năng phát hiện hồng ngoại hoặc nhiệt thải như sóng điện từ tần số cao, chuyển đổi các tín hiệu sóng thành điện.

Vì phát xạ hồng ngoại có bước sóng rất nhỏ và có thể dao động nhanh gấp hàng nghìn lần so với chất bán dẫn thông thường nên phải cần đến ăng-ten nano hình nêm, ốp kín giữa hai miếng kim loại vàng và titan để tạo ra các trường điện cường độ cao.

"Các thiết bị điốt kim loại cách điện (MIM) sẽ biến đổi các tia hồng ngoại thành điện bằng cách di chuyển các electron qua một hàng rào nanomet mỏng và thu về ăng-ten nano", Atif Shamim - nhà nghiên cứu hàng đầu của ĐH Khoa học và Công nghệ King Abdullah ở Saudi Arabia, cho biết.

Theo Gaurav Jayaswal - một nhà khoa học tham gia nghiên cứu, một khi ứng dụng được thành công đường hầm lượng tử để thu điện năng, đây sẽ là bước đột phá trong ngành vật lý, giải quyết tình trạng thiếu hụt điện ở nhiều khu vực.

Nó còn mở ra nhiều thành công trong công nghệ, đặc biệt là ứng dụng bức xạ hồng ngoại lên các tính năng tự động bật tắt của thiết bị điện tử khi cần thiết để tránh tình trạng rò rỉ điện.

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí khoa học Materials Today Energy.

Từ khóa liên quan:

đường hầm lượng tử

hiệu ứng cơ lượng tử

nhiệt của Trái đất

nhiệt hồng ngoại

bức xạ hồng ngoại

ăng-ten nano

Atif Shamim

Gaurav Jayaswal