Обошли законы физики: новый источник энергии открыли благодаря квантовым технологиям

Устройства, собирающие энергию из окружающей среды, потенциально способны значительно повысить эффективность электроники и промышленных процессов. Процесс и результаты исследования команда описала в статье, опубликованной в научном издании Communications Physics 30 сентября.

Сейчас люди постоянно используют множество устройств, которые выделяют тепло: смартфоны, компьютеры, наушники, планшеты, принтеры, станки на заводах и так далее. Технологии сбора энергии позволяют преобразовывать ее полезную электроэнергию, снижая нашу зависимость от других источников.

Традиционные методы сбора энергии ограничены законами термодинамики, которые накладывают физические ограничения на эффективность преобразования тепла, сохраняя баланс в соотношении вырабатываемой электроэнергии и тепла. Это соотношение известно как КПД Карно.

Есть еще КПД Керзона-Альборна, представляющий собой КПД преобразования тепла при условии получения максимальной электрической мощности, ограничивают количество полезной энергии, которое можно извлечь из отходящего тепла.

Команда японских ученых нашла способ обойти это препятствие. Она представила новый метод сбора энергии, использующий уникальные квантовые состояния для достижения высокой эффективности.

Вместо традиционных тепловых состояний исследователи использовали свойства нетепловой жидкости Томонаги-Латтинжера (TL). Это особый тип одномерной электронной системы, которая в силу своей квантовой природы сохраняет высокоэнергетическое состояние, а не равномерно распределяет энергию, как в обычных системах.

Во время эксперимента ученые поместили устройство под названием квантовый точечный транзистор в термоэлектрическую жидкость. Тепло переносилось на несколько микрометров в тепловой двигатель на квантовых точках – микроскопическое устройство, преобразующее тепло в электричество посредством квантовых эффектов. Преобразование тепла в энергии происходило гораздо лучше, чем в традиционных системах.

Сообщали также, что новый материал улучшит производство электричества от движения. Гибкая и легкая пленка может собирать энергию движений человека.