Pienen pientä energian keruuta

Colorado Boulderin yliopiston tutkijat ovat kehitelleet uusia optisia antenni-tasasuuntajia (rectenna), jotka ovat huomattavasti tehokkaampia kuin aiemmat ratkaisut.

"Esittelemme ensimmäistä kertaa resonanssitunnelin läpäisevät elektronit energiaa keräävässä optisessa tasasuuntaimessa", kertoo PhD Amida Belkadi. "Tähän asti se oli vain teoreettinen mahdollisuus."

Antenni-tasasuuntaajalla on alun perin muunnettu mikroaaltoja sähköksi mutta lämpösäteilyn sieppaamiseksi niiden on oltava erittäin pieniä. Ja se aiheuttaa useita ongelmia. Esimerkiksi mitä pienempi sähkölaite on, sitä korkeammaksi sen resistanssi muuttuu.

"Tällaisella laitteella on oltava hyvin pieni resistanssi, mutta sen on myös oltava todella herkkä valolle", Belkadi selventää. "Kaikki, mitä teet laitteen parantamiseksi yhdellä tavalla, pahentaa toista."

Tutkijatiimin lähestymistapa perustuukin kahden eristeen välissä olevaan kvanttikaivoon. Kun elektronit osuvat tähän kaivoon juuri oikealla energialla, ne voivat käyttää sitä tunneloituakseen kahden eristeen läpi resistanssia kokematta ja siten energiaa kuluttamatta. Nyt kehitetyt rakenteet pystyivät sieppaamaan alle prosentin lämmöstä mutta Belkadi uskoo, että nämä luvut vielä nousevat erilaisia materiaali- ja kaivoratkaisuja kokeilemalla.

Singaporen kansallisen yliopiston (NUS) ja Tohoku-yliopiston tutkijat ovat taasen osoittaneet, että joukko sähköisesti kytkettyjä spintronisia rakenteita voi kerätä 2,4 GHz:n langattoman signaalia tavalla, jota voidaan käyttää pienten elektronisten laitteiden ja anturien virtalähteeksi.

He ovat onnistuneesti synkronoineet neljä sähköisesti liitettyä magneettista tunneliliitosta (MTJ) signaalinsiirtoa varten 2,4 GHz:n taajuudella. Lisäksi kahdeksan MTJ-ryhmää integroitiin tavanomaiseen akuttomaan elektroniikkaan 2,4 GHz:n signaalin keräämiseksi tasavirtasignaaliksi, jota käytetään ledien virtalähteenä.

"Tämä läpimurto on osoittanut MTJ-laitteiden piirisarjan mahdollisuuden kohti korkeataajuisia sovelluksia, kuten langatonta lähetystä ja energiankeruuta", kertoi NUS:n professori Hyunsoo Yang.

Suurtaajuisten MTJ:ien kaupallinen elinkelpoisuus on tähän asti estynyt tyypillisesti pienen antotehon (nW) ja leveän linjaleveyden (MHz) vuoksi. Usean MTJ:n keskinäinen synkronointi on yksi tapa ratkaista tämä ongelma. Sellainen ei kuitenkaan Wi-Fi-kaistanleveydellä ole ollut selvää tähän asti.

Tutkijat voittivat tämän haasteen kehittämällä MTJ:itä kallistetulla anisotropialla, joka voidaan sähköisesti synkronoida GHz-alueella käytettäväksi yksittäisenä tasavirtalähteenä.

Aiheesta aiemmin:

Tavoitteena laajat langattomat sähkönjakeluverkot

Energian keruuta terahertsiaalloista

Tehokkaampaa energian keruuta IoT-antureille