據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，沙特阿拉伯的研究人員發(fā)明了一種發(fā)電二極管，它利用超速量子隧穿效應(yīng)捕獲外部環(huán)境中的紅外輻射波，并將其轉(zhuǎn)化為電能。

“領(lǐng)結(jié)型”隧穿二極管結(jié)構(gòu)圖阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）的研究團(tuán)隊(duì)研制出一種新概念器件，該器件可以回收利用紅外輻射波和工業(yè)生產(chǎn)過程中釋放的余熱，將這些熱輻射波（頻率僅千億分之一秒）轉(zhuǎn)化為有用的電能。一天24小時(shí)內(nèi)都可以收捕紅外輻射波，只要將廢熱或紅外波看作高頻電磁波，使用適當(dāng)設(shè)計(jì)的天線，將收集到的波發(fā)送到整流器（通常是一個(gè)半導(dǎo)體二極管），將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流。據(jù)KAUST表示，把這些“整流天線”由設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)還是有些困難，因?yàn)榧t外發(fā)射的波長(zhǎng)非常小，需要微納米級(jí)的天線，而這種級(jí)別的天線是很難制造和測(cè)試的。此外，紅外波的振蕩速度比典型的半導(dǎo)體中電子移動(dòng)通過其結(jié)的速度快上千倍。“在這個(gè)世界上，還沒有商用的二極管能在如此高的頻率下運(yùn)行，”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Atif Shamim表示，“這就是我們轉(zhuǎn)向量子隧穿的原因。”KAUST繼續(xù)說明，量子隧穿器件，例如金屬-絕緣體-金屬（MIM）結(jié)構(gòu)的二極管，通過將電子隧穿過一個(gè)非常薄的絕緣障礙層，實(shí)現(xiàn)將紅外波整流成電流。因?yàn)檫@個(gè)絕緣層只有一納米厚，MIM二極管可以處理飛秒級(jí)的高頻信號(hào)。為產(chǎn)生隧穿的通道，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種領(lǐng)結(jié)型的納米天線，絕緣膜就像“三明治”一樣被夾在兩個(gè)輕微交疊的金屬臂之間。“最具挑戰(zhàn)性的部分是兩個(gè)天線臂的納米級(jí)重疊，這需要非常精確的對(duì)準(zhǔn)，”博士后研究員Gaurav Jayaswal說道，“盡管如此，通過結(jié)合KAUST的先進(jìn)納米加工設(shè)備和巧妙的設(shè)計(jì)，我們完成了這一步。”通過選擇具有不同功函數(shù)的金屬，這款新的MIM二極管可以在零偏壓條件下捕捉紅外波，這種無源特性，可以在需要時(shí)開啟器件。實(shí)驗(yàn)顯示，暴露在紅外線環(huán)境下，領(lǐng)結(jié)天線能夠成功地僅從紅外輻射，而不是熱效應(yīng)，完成能量收集。“這僅僅是概念證明的一個(gè)開始，”Shamim說，“我們可以將數(shù)以百萬計(jì)的這樣的二極管連接起來，以增加整體發(fā)電量。”詳細(xì)介紹該項(xiàng)目的論文——《Optical rectification through an Al2O3 based MIM passive rectenna at 28.3 THz》已經(jīng)發(fā)表在《Materials Today Energy》。