Un equipo de físicos de la Universidad de Arkansas ha desarrollado con éxito un circuito capaz de capturar el movimiento térmico del grafeno y convertirlo en una corriente eléctrica.

"Un circuito de recolección de energía basado en grafeno podría incorporarse en un chip para proporcionar limpieza, sin límites, energía de bajo voltaje para pequeños dispositivos o sensores, "dijo Paul Thibado, profesor de física e investigador principal del descubrimiento.

Los resultados, publicado en la revista Revisión física E , son la prueba de una teoría que los físicos desarrollaron en la U de A hace tres años de que el grafeno independiente, una sola capa de átomos de carbono, se ondula y se dobla de una manera prometedora para la recolección de energía.

La idea de recolectar energía del grafeno es controvertida porque refuta la conocida afirmación del físico Richard Feynman de que el movimiento térmico de los átomos, conocido como movimiento browniano, no puedo trabajar. El equipo de Thibado descubrió que, a temperatura ambiente, el movimiento térmico del grafeno induce de hecho una corriente alterna (CA) en un circuito, un logro que se consideraba imposible.

En la década de 1950, El físico Léon Brillouin publicó un artículo histórico que refuta la idea de que agregar un solo diodo, un portón eléctrico unidireccional, a un circuito es la solución para recolectar energía del movimiento browniano. Sabiendo esto El grupo de Thibado construyó su circuito con dos diodos para convertir CA en corriente continua (CC). Con los diodos en oposición permitiendo que la corriente fluya en ambos sentidos, proporcionan caminos separados a través del circuito, produciendo una corriente continua pulsante que trabaja en una resistencia de carga.

Adicionalmente, descubrieron que su diseño aumentaba la cantidad de energía entregada. "También descubrimos que el encendido-apagado, El comportamiento similar a un interruptor de los diodos en realidad amplifica la potencia entregada, en lugar de reducirlo, como se pensaba anteriormente, ", dijo Thibado." La tasa de cambio en la resistencia proporcionada por los diodos agrega un factor adicional a la potencia ".

El equipo utilizó un campo de la física relativamente nuevo para demostrar que los diodos aumentaron la potencia del circuito. "Al probar esta potenciación, nos basamos en el campo emergente de la termodinámica estocástica y ampliamos el casi centenario, celebrada teoría de Nyquist, "dijo el coautor Pradeep Kumar, profesor asociado de física y coautor.

Según Kumar, el grafeno y el circuito comparten una relación simbiótica. Aunque el entorno térmico está realizando trabajo en la resistencia de carga, el grafeno y el circuito están a la misma temperatura y el calor no fluye entre los dos.

Esa es una distinción importante, dijo Thibado, porque una diferencia de temperatura entre el grafeno y el circuito, en un circuito que produce energía, contradeciría la segunda ley de la termodinámica. "Esto significa que la segunda ley de la termodinámica no se viola, tampoco hay necesidad de argumentar que 'Maxwell's Demon' está separando electrones fríos y calientes, "Dijo Thibado.

El equipo también descubrió que el movimiento relativamente lento del grafeno induce corriente en el circuito a bajas frecuencias. lo cual es importante desde una perspectiva tecnológica porque la electrónica funciona de manera más eficiente a frecuencias más bajas.

"La gente puede pensar que la corriente que fluye en una resistencia hace que se caliente, pero la corriente browniana no. De hecho, si no fluye corriente, la resistencia se enfriaría, "Explicó Thibado." Lo que hicimos fue desviar la corriente en el circuito y transformarla en algo útil ".

El siguiente objetivo del equipo es determinar si la corriente CC se puede almacenar en un condensador para su uso posterior. un objetivo que requiere miniaturizar el circuito y modelarlo en una oblea de silicio, o chip. Si millones de estos pequeños circuitos pudieran construirse en un chip de 1 milímetro por 1 milímetro, podrían servir como reemplazo de batería de bajo consumo.