未來太陽能隨便用？科學家要利用量子隧穿效應打造地球能源收割機

最近，研究人員提出了一種新方法，通過將多餘的紅外輻射和廢熱轉化為人類能夠使用的電能，我們可以實現從地球上採集能源。

這個概念涉及到量子隧穿效應，該想法的關鍵在於其特殊設計的天線。它可以通過高頻電磁波檢測廢熱或紅外線熱量，將這些數十億分之一秒的波形信號轉換成直接的電能。

實際上，地球上有很多能量都被浪費了。絕大部分照射地球的陽光被地表、海洋和大氣所吸收。

這些被吸收的熱量使得萬物都在變暖，然而變暖的萬物也會帶來紅外輻射的不斷泄漏。據估計，這些浪費的能量每秒鐘可達數百萬千兆瓦。

由於紅外波長很短，我們需要超小型的天線才能夠利用它們。在最新研究中，科研人員提出，量子隧道技術可以提供必要的突破。

來自沙烏地阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的首席研究員Atif Shamim表示：「世界上的商用二極體都不能以如此高的頻率工作。所以我們轉向了量子隧穿。」

量子隧穿是量子物理學中一個較為成熟的現象。其概念可理解為，粒子能夠在不具備足夠能量的情況下，通過一個障礙。

最常見的一個例子就是小球滾動實驗：在古典物理學中，小球需要一定量的能量才能爬上山坡並轉移到另一邊。

但是在量子物理學中，位置的不確定性乃是量子物理的核心，因此小球可以用更少的能量穿越山丘。

不過，這該如何應用到納米天線的建設上呢？研究人員認為，讓電子通過一個小的屏障，通過像金屬-絕緣體-金屬（MIM）二極體這樣的隧穿器件，將紅外波轉換成電流。

科學家們能夠創造出一種新的領結形納米天線，將絕緣體薄膜夾在由金和鈦製成的兩個稍微重疊的金屬臂之間，從而構成了能夠產生隧穿效應所需強電場的器件。

作為研究人員之一的Gaurav Jayaswal介紹：「最具挑戰性的地方在於兩個天線臂的納米級重疊，這需要非常精確的對準。儘管如此，在技術和高精尖設備的支持下，我們完成了這一步。「

新製造的MIM二極體能夠在零電壓下成功捕獲紅外輻射，需要時啟用即可。

雖然傳統的太陽能電池板只能收穫少部分可見光譜，但如果我們能利用所有這些多餘的紅外輻射，那將成為能源生產領域的重要變革。用研究人員的話說，這將是「遊戲的改變者」。

更重要的是，與太陽能發電廠不同，無論天氣如何，這些能源收割機都可以全天候運行。

儘管前景巨大，但目前這只是沿著這條道路邁進的第一步。許多技術難題依然存在，比如現在的天線的能源效率較低等等。

這可以說只是一個開始。最終，科技可能會帶來巨大的變化。研究人員表示：「我們可以連接數百萬台這樣的設備來提高整體發電量。」

目前，這項研究已經發表在《Materials Today Energy》上。

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