科學家發明量子隧穿效應裝置，能把地球熱能轉化為電能

雖然地球不會像恆星那樣進行核聚變，但地球會不斷向外輻射出熱量，這些熱量來自於地球在形成之初殘留下的熱量、放射性元素衰變所釋放出的熱量以及太陽輻射。如果能把這部分熱量利用起來，或能解決我們的能源短缺問題。最近，來自阿卜杜拉國王科技大學的科學家設計出了一種獨特的裝置，它能夠通過量子隧穿效應，把地球的紅外輻射以及工業過程中的廢熱轉化為電能。

地球每天24小時釋放出紅外熱，只要我們有辦法利用這種熱量，我們就能源源不斷地從地球那裡獲取有用的能量。科學家提出一種方法，把紅外線熱能以及工業廢熱調節成高頻電磁波。通過設計出一種獨特的天線，收集的波被發送到整流器，通常是一個半導體二極體，能夠把千萬億分之一秒的交流信號轉換成電流。

大部分照射到地球上的太陽光會被地表、海洋和大氣層所吸收，這種增溫效應使得地球持續不斷地輻射出紅外線。此外，地球本身也會向外輻射出熱量。科學家估計，地球每秒的紅外線輻射高達數千萬億瓦，這是一種相當可觀的能量。

整流天線

不過，科學家承認，想要把這種獨特的整流天線付諸實踐相當困難，因為紅外輻射的波長很短，這需要配備微米級或納米級的天線，而這種天線在現實中很難製造和測試。此外，紅外波的振蕩速度比典型的半導體能使電子通過其隧穿結的速度快數千倍。

主導這項研究的科學家Atif Shamim教授表示：「目前世界上還沒有一種商業化二極體能夠在如此高的頻率下工作，這就是為什麼我們會轉向量子隧穿效應。」

理論上，諸如金屬-絕緣體-金屬（MIM）二極體量子隧穿裝置可以把電子通過一個極小的屏障，從而使紅外波轉化為電流。由於這種屏障只有一納米厚，MIM二極體能以飛秒數量級處理高頻信號。為了產生量子隧穿效應所需的超強電場，研究小組使用了一種碗狀納米天線，把絕緣膜夾在兩個重疊的金屬臂之間。

量子隧穿效應

科學家表示，這種裝置最具挑戰性的部分是兩根天線臂的納米級重疊，這需要非常精確的排列。通過先進的納米製造工藝，研究人員目前已經完成了這一關鍵步驟。實驗結果顯示，研究人員所設計的MIM二極體成功從紅外波中獲取到電能。科學家指出，雖然目前這只是一種概念證明，但如果有數百萬這樣的設備連接起來，或者設計出更大型的設備，就足以產生有用的電能。

目前，這項研究已經發表於《今日材料能源》（Materials Today Energy）上。

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