16 C
İstanbul
21 Ekim 2018
Popüler Bilim

Kuantum Tünelleme ile Dünya’nın Isısından Elektrik Üretebileceğiz!

Araştırmacılar, fazlalık kızılötesi ışınımı ve atık ısıyı kullanılabilir elektriğe dönüştürerek Dünya’dan enerji toplamanın ilginç bir yolunu keşfettiler.

Bu fikrin altında kuantum tünellemenin şaşılası fiziği yatmaktadır ve kilit noktası ise atık veya kızılötesi ısıyı yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar olarak algılayabilen, saniyenin katrilyonda birindeki bu dalga sinyallerini direkt enerjiye dönüştürecek özel olarak tasarlanmış bir antendir.

Aslında Dünya’da çok fazla enerji boşa gitmektedir. Gezegenimize çarpan güneş ışığının çoğu yüzeyler, okyanuslar ve atmosfer tarafından emilir. Bu ısınma, sürekli bir kızılötesi sızıntısına yol açar; bunun saniyede milyonlarca gigawatt olduğu tahmin edilmektedir.

Kızılötesi dalga boyları çok kısa olduğundan, onları sadece küçücük antenlerle kullanabiliriz. Yeni çalışmanın arkasındaki farklı uluslardan araştırmacılar, kuantum tünellemenin ihtiyacımız olan atılım olduğunu belirtiyorlar.

Dünyada bu kadar yüksek frekansta çalışabilen ticari bir diyot yok diyen Suudi Arabistan’daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden (KAUST) baş araştırmacı Atif Shamim şöyle ekliyor: “İşte bu yüzden kuantum tünelleme üzerine yoğunlaştık”.

Kuantum tünelleme, kuantum fiziğinde iyi bilinen bir olgudur: Bir parçacık bir bariyerden geçmek için yeterli enerjiye sahip olmadan da bunu yapabilir.

En sık kullanılan örneklerden biri tepeye yuvarlanan bir toptur: Klasik fizikte, topun tepeyi tırmanıp diğer tarafa geçmesi için arkasında belirli bir enerji olması gerekir. Ancak kuantum fiziğinde, top daha az enerjiyle tepeyi tünelden geçercesine aşabilir. Bunun da sebebi, kuantumda her şeyin kalbinde yer alan konumsal belirsizliktir.

Bu belirsizlik, nano ölçekli antenlerin yapımına nasıl bir katkı sağlayabilir? Elektronların, metal izolatör metali (MIM) diyotu gibi bir tünelleme cihazı aracılığıyla küçük bir bariyerden geçmesini sağlar ve böylece yol boyunca kızılötesi dalgaları elektrik akımına dönüştürür.

Bilim insanları, altın ve titanyumdan yapılmış hafifçe üst üste binen iki metalik kol arasında, ince izolasyon filmini sıkıştıran papyon şeklindeki yeni bir nanoanten oluşturmayı başardılar; böylelikle tünel açmak için gerekli olan yoğun elektrik alanlarını üretebilen bir cihaz ortaya çıktı.

KAUST araştırmacılarından Gaurav Jayaswal şöyle söyledi: En zorlu kısım, iki anten kolunun nano ölçek seviyesinde örtüşmesiydi ve bu da çok hassas hizalama gerektiriyordu“.

Her şeye rağmen, KAUST’un nanofabrikasyon tesisindeki gelişmiş araçlarla zekice çözümleri birleştirerek bu adımı başarmış olduk.

Yeni oluşturulan MIM diyotu, sıfır voltajla kızılötesi ışınımını başarıyla yakalayabilmiştir, bu nedenle sadece gerektiğinde yanar.

Geleneksel güneş panelleri, görünür ışık spektrumunun yalnızca küçük bir bölümünü toplayabilirken; aşırı kızılötesi ışınımının da hepsini soğurmak, enerji üretiminde devrimci bir değişim anlamına geliyor, araştırmacıların gözündeyse adeta bir “ezber bozan”.

Dahası, güneş enerjisi santrallerinin aksine bu “enerji hasatçıları” hava durumu ne olursa olsun durmaksızın çalışabilir. Diğer bilim insanları aynı sorunun farklı açılardan çözülmesi üzerinde çalışıyorlar.  

Büyük umut vaat etse de, şimdilik bu fikri daha iyi biçimlendirme yolunda atılmış bir başka adım ve birçok teknik zorluk hala çözülmeyi bekliyor. Örneğin, anten şu anda enerji açısından çok da verimli değildir.

Shamim, “Bu fikrin kanıtı için sadece bir başlangıç” diyor.

Sonuç olarak bu teknoloji büyük bir fark yaratabilir. “Toplam elektrik üretimini arttırmak için bu cihazlardan milyonlarcasını bağlayabiliriz” diye bitiriyor.

Araştırma, Materials Today Energy’de yayınlandı.

Çeviri: Yağmur Kirişçi


Referanslar

1.ScienceAlert, “We Can Now Harvest Electricity From Earth’s Heat Using Quantum Tunnelling”
< https://www.sciencealert.com/quantum-tunnelling-could-harvest-energy-from-planet-infrared-heat >

Bize destek olarak daha çok içerik üretmemize katkıda bulunun!

Related posts

Dünyanın En Tehlikeli 5 Yanardağı

Kemal Cihat Toprakçı

Bilim İnsanları Tahtayı Çelik Kadar Güçlü Yapmanın Yolunu Buldu!

Rasyonalist

Gözlem Yapmak: Amatör Astronomiye Basit Bir Giriş

Kemal Cihat Toprakçı

Yorum Bırakın