利用量子隧穿將廢熱轉化為有用能源

地球上充滿了熱量：我們人類自己會散發熱量，我們的設備會散發熱量，而地球主要的熱量來自太陽。但是我們卻沒有辦法捕捉太陽的熱量，所以大部分的太陽熱量都被白白浪費掉了。假如我們能夠利用太陽的熱量，將能夠大大減少我們對地球能源的依賴，並減輕我們對環境的損害。研究人員已經嘗試解決這個問題有一段時間了，來自沙烏地阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的一個研究小組剛剛發布了最近的研究結果，他們正在使用一種叫做量子隧道的神秘現象來做這件事。

使用廢熱作為能源的最大障礙是它需要一個非常小的天線。因為紅外熱有非常小的波長，而波長越小，天線就需要頻率越小的波來捕捉它們。例如，調幅無線電信號的天線比行動電話信號的天線要長得多：調幅無線電廣播在赫茲波段，手機就以兆赫茲波段廣播，這意味著手機信號的波長比無線電信號的波長小100萬倍左右。這就是為什麼我們的無線電天線需要比手機里的頻率要長。紅外線之所以會散發熱量：這是因為在千赫茲範圍內，比兆赫茲小一千倍。（在我們進入遠紅外線之前，它是以太赫茲為諧振對象的）。

但即使我們把天線做得足夠小，利用熱能獲取能源也有另一個問題。紅外線波長如此之小，以至於它們的振蕩速度之快，一般的半導體都跟不上。KAUST（阿卜杜拉國王科技大學）研究人員和新項目的負責人阿爾沃斯說：「世界上沒有一個商用二極體能以如此高的頻率運行。所以我們轉向了量子隧道。」

量子隧穿的原理是利用是量子力學。像電子這樣的微小的粒子並不只有一個位置或速度。相反，它們只是一些模糊的概率群。這意味著，如果一個電子接近一個勢壘，它完全有可能出現在另一邊，原因很簡單，因為從一開始，它就已經在那裡了。

量子隧穿發生的最可靠的情況下，在這種情況下有一個勢壘將兩種導電材料分開，粒子「隧道」穿過障礙物，繼續前進。KAUST團隊通過在一面是金的導電層和另一面是鈦之間放置一層氧化鋁的絕緣屏障，從而製造出這樣一個金屬絕緣體金屬二極體。因為這個勢壘只有納米那麼小，它可以像紅外線一樣將非常小的波長變成可用的電流。為了引導能量到達障礙物，研究小組創造了一個弓形納米天線，它圍繞著兩個輕微重疊的金屬手臂之間的障礙物。研究小組用紅外線激光器證明了他們的設備是可以工作的。它成功地產生了電壓，雖然不是大量的電壓，但足以證明它不僅僅是個僥倖。這僅僅是一個開始。未來我們可以將數百萬台這樣的設備連接起來，以促進整體發電。從而將廢熱轉化為有用能源。

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