Suudi Arabistan’da bulunan King Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST) araştırmacıları, Dünya’daki fazla ısı ve radyasyonu kuantum tüneliyle elektriğe dönüştürecek sistem geliştirdi.
Kuantum tünelleme adı verilen fiziksel yöntem sayesinde, kızılötesi ısı atığı özel bir anten yardımı ile elektriğe dönüştürülebiliyor. Görüş, kuantum tünellemenin garip fiziğini içeriyor. Fikrin anahtarı; atık ve kızılötesi ısıyı, yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar olarak algılayabilen, saniyede kuadrilyon dalga sinyallerini direk bir şarj haline dönüştüren, özel olarak tasarlanmış bir antendir. Gezegene çarpan güneş ışınları, okyanuslar ve atmosfer tarafından emildiğinden, Dünya’da çok fazla enerji harcanır. Emilim sayesinde bu yüzeyler ısınır. Böylelikle her saniyede milyonlarca gigawatt gücünde kızılötesi ışınım boşa harcanmış olur.
Kızılötesi dalga boyları çok kısa olduğundan, onları kullanmak için süper minik antenlere ihtiyaç var. Yeni çalışmada uluslararası araştırmacılara göre, gerekli olan devrimi sağlayabilen sadece kuantum tünel oluyor.
Suudi Arabistan Kralı Abdullah, Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (KAUST) Araştırmacı Atif Shamim: “Dünyada bu kadar yüksek frekansta çalışan ticari bir diyot yok. Bu yüzden kuantum tünele yöneldik.”
Kuantum Tünelleme, kuantum fiziğinde iyi bilinen bir olgudur; burada bir parçacık, bunu yapmak için yeterli enerjiye sahip olmadan bir bariyerden geçebilir. Fizikte; en sık kullanılan örneklerden biri tepede yuvarlanan toptur: Klasik fizikte, topun tepeden kalkması ve diğer tarafa geçmesi için arkasında belirli bir enerji olması gerekir. Ancak kuantum fiziğinde top, tepki boyunca daha az enerji ile tünelden geçebilir; bu, kuantum her şeyin kalbinde yer alan belirsizlik sayesinde gerçekleşir.
Nano ölçekli antenlerin yapımında nasıl yardımcı olur?
Elektronların, metal izolatör (yalıtım) metali (MIM) diyot gibi bir tünelleme cihazı aracılığıyla küçük bir bariyerden geçmesine izin verir ve böylece yol boyunca kızılötesi dalgaları akım haline getirir.
Bilim adamları, altın ve titanyumdan yapılmış üst üste binen iki metalik kol arasında ince izolasyon filmini birbirine bağlayan, yeni bir fiyonk şeklinde nanoanten oluşturmayı başardılar. Böylece tünel açma işlemi için gerekli olan yoğun elektrik alanlarını üretebilen bir cihaz ortaya çıktı.
KAUST’un araştırmacılarından Gaurav Jayaswal: “En zorlu kısım, iki anten kolunun nano-ölçekle örtüşmesiydi ve bu da çok hassas hizalama gerektiriyordu. Bununla birlikte, KAUST’un nanofabrikasyon tesisindeki ileri araçlar ile birleştirerek, bu adımı başarmış olduk.”
Yeni oluşturulan MIM diyotu, uygulanan sıfır gerilimle kızılötesi ışınımını başarıyla yakalayabildi, bu yüzden sadece gerektiğinde açılır. Geleneksel solar paneller, görünür ışık spektrumunun yalnızca küçük bir bölümünü toplayabilirken, aşırı kızıl ötesi ışınımın hepsine de dokunarak, enerji üretiminde devrimsel bir değişime işaret edebilir. Dahası, güneş enerjisi santrallerinin aksine, bu enerji; biçerdöverleri hava ne olursa olsun 24 saat çalıştırabilir.
Çalışma; çok şey vaat etmesine karşın; kat edeceği çok yol ve aşılması gereken birçok teknik zorluğu bulunuyor. Bu yüzden şu anda anten enerji açısından çok verimli değil.
Shamim: “Bu sadece bir başlangıç yani; kavramın bir kanıtı… Sonunda, teknoloji, büyük bir fark yaratabilir. Toplam elektrik üretimini artırmak için milyonlarca bu türden cihaz bağlanabilir.”