La mayor parte de la luz solar que golpea la Tierra es absorbida por sus superficies, océanos y atmósfera. Como resultado de este calentamiento, La radiación infrarroja se emite constantemente a nuestro alrededor, estimada en millones de gigavatios por segundo. Un equipo de KAUST ha desarrollado un dispositivo que puede aprovechar esta energía, así como el calor residual de los procesos industriales, transformando señales de onda de una cuadrillonésima de segundo en electricidad útil.

A diferencia de los paneles solares que están limitados por las horas de luz y las condiciones climáticas, El calor infrarrojo se puede recolectar las 24 horas del día. Una forma de lograrlo es tratar los desechos o el calor infrarrojo como ondas electromagnéticas de alta frecuencia. Usando antenas diseñadas apropiadamente, las ondas recogidas se envían a un rectificador, normalmente un diodo semiconductor, que convierte señales alternas en carga de corriente continua para baterías o dispositivos de energía.

Poner en práctica estos diseños de 'rectenna' ha sido difícil. Debido a que las emisiones infrarrojas tienen longitudes de onda muy pequeñas, necesitan antenas a micro o nanoescala que no sean fáciles de fabricar o probar. Adicionalmente, Las ondas infrarrojas oscilan miles de veces más rápido de lo que un semiconductor típico puede mover electrones a través de su unión. "No existe un diodo comercial en el mundo que pueda funcionar a una frecuencia tan alta, "dice Atif Shamim, líder de proyecto de KAUST. "Es por eso que recurrimos a los túneles cuánticos".

Dispositivos de tunelización, como diodos metal-aislante-metal (MIM), rectifica las ondas infrarrojas en corriente moviendo electrones a través de una pequeña barrera. Dado que esta barrera tiene solo un nanómetro de espesor, Los diodos MIM pueden manejar señales de alta frecuencia del orden de femtosegundos. Para generar los campos intensos necesarios para la construcción de túneles, El equipo recurrió a una nanoantena única en forma de pajarita que empareda la delgada película aislante entre dos brazos metálicos ligeramente superpuestos.

"La parte más desafiante fue la superposición a nanoescala de los dos brazos de la antena, que requería una alineación muy precisa, "dice el investigador postdoctoral, Gaurav Jayaswal. "Sin embargo, al combinar trucos ingeniosos con las herramientas avanzadas en las instalaciones de nanofabricación de KAUST, logramos este paso ".

Al elegir metales con diferentes funciones de trabajo, el nuevo diodo MIM podría captar las ondas infrarrojas con un voltaje aplicado cero, una función pasiva que enciende el dispositivo solo cuando es necesario. Los experimentos con exposición infrarroja revelaron que la pajarita recogió con éxito energía únicamente de la radiación, y no por efectos térmicos, como lo demuestra un voltaje de salida dependiente de la polarización.

"Esto es solo el comienzo, una prueba de concepto, ", dice Shamim." Podríamos tener millones de estos dispositivos conectados para impulsar la generación de electricidad en general ".