新突破:藉助量子隧穿效應或能變地球廢熱為電能!

2021-01-10 網易科技

2018-02-13 07:02:32　來源: 網易科技報導

舉報

研究人員認為，可以藉助量子隧穿效應收穫這種紅外熱量並且實現一天24小時發電。這一過程需要利用一種特製的天線，能夠以高頻電磁波的形式探測紅外輻射或者廢熱，並且將這些千萬億分之一秒的電磁波信號轉變成電流。

網易科技訊2月13日消息，科學家們已經找到一種方式，藉助量子隧穿效應從地球剩餘的紅外線輻射和廢熱中收穫電能。我們的地球吸收大量的陽光，從而為我們帶來了近乎恆定的紅外線輻射，科學家想要利用這些能量。

量子隧穿效應是一種量子力學效果，當一顆粒子穿過理論上不應當穿過的一種障礙物時就會發生這種現象。比如說，在經典物理學中，滾過一座山的球需要一定的能量才能爬上山頂並且到達另外一側。然而，在量子物理學中，球體能夠以較少的能量穿過這座山，也就是以隧道的形式通過障礙。

研究人員認為，可以藉助量子隧穿效應收穫這種紅外熱量並且實現一天24小時發電。這一過程需要利用一種特製的天線，能夠以高頻電磁波的形式探測紅外輻射或者廢熱，並且將這些千萬億分之一秒的電磁波信號轉變成電流。

由於紅外線輻射波長較小而且振蕩速度是典型半導體電子的數千倍，因此研究人員需要一種納米天線，但是這種天線難以製造或者測試。根據進行這項研究的科學家稱，量子隧穿效應能夠為實現這一目標提供突破。這項研究的負責人，沙烏地阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的Atif Shamim稱：「目前世界上沒有能夠在這種高頻下運作的商業二極體。這也是我們轉向量子隧穿效應的原因。」

具備量子隧穿效應的設備（MIM二極體）能夠讓電子穿過一個納米級厚度的障礙物，將紅外波轉變成為電流。為了打造形成量子隧穿效應需要的強烈電場，研究人員打造了一種蝴蝶結形狀的納米天線，並且在兩個輕微重疊的金屬天線之間夾上薄的絕緣層。

一位參與這項研究的博士後研究員Gaurav Jayaswal稱：「最具挑戰性的部分就是兩個天線之間的納米級重疊，這需要非常精密的定位。儘管如此，我們仍然藉助阿卜杜拉國王科技大學納米製造工廠的先進工具完成了製造過程。」研究人員創造的MIM二極體能夠成功捕獲紅外輻射而且外加電壓為零，這一特徵意味著這種設備可以在任何需要的時候打開。（過客）

本文來源：網易科技報導 責任編輯： 楊舟_NBJS5726

相關焦點

  • 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。
  • 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。
  • 氫分子量子隧穿效應假說!
    電子轉移是實現氧化還原反應的本質，電子傳遞能利用量子隧穿效應實現，量子隧穿幾乎和量子糾纏一樣，是量子效應中最讓人感到不可思議的特性。在量子力學裡，量子隧穿效應（Quantum tunneling effect）指的是，像電子等微觀粒子能穿入或穿越位勢壘的量子行為，儘管位勢壘高度大於粒子總能量。經典力學裡這不可能發生的，但量子力學理論卻可以給出合理解釋。
  • 沒有量子隧穿效應,就沒有五彩繽紛的生命
    然而在微觀世界，「量子穿牆術」時刻在發生。                            一個人要到達一座山的另一邊，需要從山腳爬到山頂，又從山頂下到另一邊山腳。但是，如果你是一個「量子人」，就不用那樣費勁，可以直接穿山而過。一個微觀粒子，能夠穿透比它強得多的能量壁壘，就好像有人幫它挖了一個隧道似的，所以這種效應被科學家趣稱為隧道效應，或者稱為量子隧穿效應。
  • 量子隧穿效應真的能打破光速嗎?
    但在量子力學來看，情況並非如此。如果把小球換成微小的量子粒子，把固體牆壁換成量子力學勢壘。那麼，粒子就會有一定的概率穿過勢壘，它們最終會在勢壘的另一邊被探測到，此即為量子隧穿效應。這就好像把小球扔向牆壁，小球徑直穿過，完全不受牆壁的阻礙。根據《自然》（Nature）雜誌最近刊載的一項研究[1]，物理學家首次成功地測出量子隧穿過程的耗時，並發現這是瞬間完成的。
  • 基於量子隧穿效應的直流摩擦發電新機制
    引言機械能-電能轉換技術被認為具有廣泛的運用前景，特別在微型化傳感器、可穿戴電子器件及可攜式設備的自供電方面有著巨大的市場潛力。其中，摩擦納米發電技術（TENG）取得了令人矚目的發展。同時，其產生的交流電必須通過整流轉換為直流電加以利用。
  • 未來電能隨便用?科學家想出新方法從地球熱量中獲取電能
    近日，科學家解鎖獲取電能新技能！你可能真的想不到，這電能是從地球熱量中獲取的。籠統地說就是科學家發現了一種新手段，可以將多餘的紅外輻射和廢熱轉化為人類能夠使用的電能！在說這個新手段之前，我們先說說這些多餘的紅外輻射和廢熱是哪來的呢？其實，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。
  • 神秘的「量子隧穿效應」,為什麼說沒有了它,生命將是不可能的?
    概率雲和量子隧穿效應從圖中我們可以看出，電子出現在「雲」中心的概率要比出現在周圍的概率大。然而，儘管電子出現在「雲」邊緣的概率非常小，但並不能排除電子出現在邊緣的可能性。量子隧道效應是指粒子（如電子）瞬間穿過一個屏障的能力。
  • 量子的隧穿效應 ——再往下差不多就屬於物理學家的地盤了
    即便是我們擺脫了材料學上的問題，我們依然會被另外一個問題所難住，那就是存在於微觀世界的量子隧穿效應。即微觀世界裡邊的量子穿牆術。        在量子力學中，量子隧穿效應是一種量子的特性，如電子等微觀粒子能夠穿過他們本來無法通過的【牆壁】的現象。在經典的牛頓力學中，這種情況是不會出現的。
  • 量子隧穿及它的作用
    什麼是量子隧穿效應？我們設想一個運動中的粒子遭遇到一個位勢壘（勢壘就是勢能比附近的勢能都高的空間區域），試圖從位勢壘的一邊區域 A移動到另一邊區域 C，這可以被類比為一個人試圖走過一座小山。量子力學與經典力學對於這問題給出不同的解答。
  • 數學中的量子隧穿效應
    在量子力學中，電子等微觀粒子穿過「牆壁」的現象，就是量子隧穿效應
  • 一個17歲的青少年簡單解釋量子隧穿效應,贏得了40萬美元的獎金
    12-22 13:31:03　來源: 蘇珊米勒星 舉報 　　一個17歲的青少年，因簡單解釋量子力學中的量子隧穿效應
  • 量子隧穿效應，真實存在的粒子穿牆術
    量子隧穿效應，在量子物理學的世界中，微觀粒子可以穿越障礙物，就算粒子的能量不足，這個機率也非常大，我們的科學家把這種粒子運動的現象叫做量子隧穿效應量子隧穿效應的具體由來！粒子的作用力以及勢壘，限定了粒子的運動軌跡，在我們空間中存在著勢壘，因此當粒子穿越的時候，就要消耗一定的能量，如果能量不足那麼就穿越不了勢壘，但事實並不是這樣的，量子隧穿效應的發現，讓我們知道粒子就算能量不足也可以！
  • 實驗表明:量子隧穿效應真的能打破光速
    量子力學的奇特規則允許粒子偶爾穿過看似不可穿透的屏障，這稱為量子隧穿效應。在量子力學的基本方程發現後，物理學家就發現了允許這樣奇怪的現象存在。「量子隧穿」表明諸如電子之類的粒子與宏觀的物體完全不同。向牆扔一個球，球會向後反彈；要使球越過一屏障，需要球從此屏障頂上越過。但是，粒子有時會直接穿過屏障。
  • 量子隧穿是瞬時的嗎？
    量子隧穿效應在許多過程中都起到了關鍵作用，例如它使得太陽核心中的氫核可以靠得足夠近，從而聚變形成氦，釋放出光子，如果沒有量子隧穿效應，太陽可能永遠無法發出這些光子。這是一項難度非常大的任務，因為量子隧穿過程所設計的時間尺度非常之小，這對實驗中用於計時的時鐘的準確度和精確度將有著極高的要求。這一問題終於在2019年迎來了重大突破。
  • 量子隧穿是瞬時的嗎?
    量子隧穿效應在許多過程中都起到了關鍵作用，例如它使得太陽核心中的氫核可以靠得足夠近，從而聚變形成氦，釋放出光子，如果沒有量子隧穿效應，太陽可能永遠無法發出這些光子。自發現以來，物理學家對這一有悖直覺的效應已有了較好的理解，並將它用作於一些技術的基礎，例如量子計算技術，以及能夠成像單個原子的掃描隧道顯微鏡技術。
  • 真實存在的「穿牆術」——量子隧穿效應
    這就是我們今天要講的，在量子世界裡真實存在的「穿牆術」——量子隧穿效應（Quantum tunneling effect）。 看到這裡可能有人會問了，以上所述只是理論上的東西，那有沒有實例證明量子隧穿效應真實存在呢？
  • 解決人類能源危機新方案!利用量子隧道效應從地表輻射獲取電能!
    最近，一種利用量子隧道效應的新能源方法倒是很新鮮。近期，一組國外的研究人員提出了一種新的發電方法：從地表採集能量。詳細來講，就是將多餘的紅外輻射和逸失熱量轉化為可以使用的電能。這個新方法涉及到了量子物理學中的量子隧道效應，其關鍵是一個特殊設計的天線——它用來檢測高頻電磁波態的逸量或紅外輻射，並將這些千萬億分之一秒級別的波信號轉換成可以直接利用的電能。但是在量子物理學中，由於位置不確定性是量子物理的核心，因此「球可以用更少的能量穿越山丘」。
  • 科學家利用量子隧穿違反了狹義相對論 讓光突破了速度限制
    但是日前兩位德國科學家聲稱，利用量子隧穿效應（quantum tunnelling），他們找到了讓光突破自己速度限制的方法。所謂量子隧穿效應是一種量子特性，是電子等微觀粒子能夠穿過它們本來無法通過的「牆壁」的現象。又稱隧穿效應，勢壘貫穿。
  • 量子計算新進展!克萊恩隧穿被證實,粒子100%能穿牆
    智東西（公眾號：zhidxcom） 編 | 年年導語：一項新的研究發現了克萊恩隧穿（Klein tunneling）的直接證據，它能使粒子輕鬆穿過最堅硬的屏障。