Araştırmacılar, fazlalık kızılötesi ışınımı ve atık haldeki ısıyı kullanılabilir elektriğe dönüştürerek Dünya’dan enerji “toplamanın” ilginç bir yolunu keşfettiler.
Bu kavramın altında kuantum tünellemenin garip 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 ışık sızıntısına yol açar; bunun saniyede milyonlarca gigawatt olduğu tahmin edilmektedir.
Kızılötesi dalga boyları çok kısa olduğundan onları sadece küçücük antenlerle toplayabiliriz. 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 olmasa bile, bu bariyeri geçebilir.
En sık kullanılan örneklerden biri tepede 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, kuantum fiziğindeki her şeyin kalbinde yer alan belirsizlik ilkesidir.
Nano ölçekli antenlerin yapımına bu belirsizlik nasıl bir katkıda bulunabilir? Elektronların, metal-yalıtkan-metal (MIM) diyotu gibi bir tünelleme cihazı aracılığıyla küçük bir bariyerden geçmesini mümkün kılar ve böylece yol boyunca kızılötesi dalgaları elektrik akımına dönüştürür.
Bilim insanları, altın ve titanyumdan yapılmış hafifçe üst üste binen iki metalik kol arasında ince yalıtkan filmi sıkıştıran, papyon şekilli 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 bir hizalama gerektiriyordu”.
“Her şeye rağmen, KAUST’un nanofabrikasyon tesisindeki gelişmiş araçlarla, zekice çözümleri birleştirdik ve bu adımı başarmış olduk.”
Yeni oluşturulan MIM diyotu, uygulanan sıfır voltajla kızılötesi ışınımını başarıyla yakalayabildi, bu nedenle sadece gerektiğinde çalışacak.
Geleneksel güneş panelleri, görünür ışık spektrumunun yalnızca küçük bir bölümünü toplayabilirken; aşırı kızılötesi ışınımının da hepsini soğurmak, enerji üretiminde devrimsel bir değişim anlamına geliyor, araştırmacıların gözündeyse âdeta bir “ezber bozucu”.
Dahası, güneş enerjisi santrallerinin aksine bu “enerji toplayıcıları” hava durumu ne olursa olsun durmaksızın çalışabilir. Diğer bilim insanları aynı sorunun farklı açılardan çözülmesi üzerinde çalışıyorlar.
Büyük umut vaat etse bile, şimdilik bu kavramı daha iyi anlama yolunda atılmış yalnızca bir başka adımdır ve birçok teknik zorluk hâlâ çözülmeyi beklemektedir. Örneğin, anten şu anda enerji açısından çok da verimli değildir.
Shamim “Bu sadece bir başlangıç, kavramın bir kanıtı” 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
Referans
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>
