Un equipo de investigación japonés aclaró el mecanismo microscópico en el que la sílice amorfa se carga negativamente como recolector de energía vibratoria. que se prevé que logre la generación de energía propia sin carga, ya que es necesario para IoT que está atrayendo la atención en los últimos años con sus 'billones de sensores' que crean una red de sensores a gran escala. A diferencia de la generación de energía eólica y solar, generación de energía vibratoria, que utiliza vibraciones naturales para la generación de energía, no se ve afectado por el clima.

Cosechadoras de energía vibratoria que utilizan electreto de iones de potasio, que el grupo de investigación había desarrollado previamente, es de interés ya que puede funcionar de forma semipermanente. El electreto de iones de potasio es un recolector de energía vibratoria que utiliza la introducción de átomos de potasio en la sílice amorfa para crear una carga negativa en la sílice amorfa. Sin embargo, su mecanismo microscópico era desconocido, dificultando la mejora de su rendimiento.

A través de cálculos de mecánica cuántica, el grupo de investigación descubrió que cuando los átomos de potasio se insertan en sílice amorfa, los electrones se proporcionan desde el átomo de potasio al átomo de silicio. Esto hace que el átomo de silicio se comporte como un átomo de fósforo. Los átomos de silicio forman 5 enlaces covalentes con átomos de oxígeno en lugar de los 4 habituales, creando un SiO ₅ estructura. Descubrieron que esta estructura es la que acumula carga negativa.

Este resultado proporciona una guía de diseño para mejorar la confiabilidad y la longevidad de los recolectores de energía vibratoria. Esto permitiría sensores que no requieren carga, para estar ampliamente disponible, y contribuir a la actualización del Internet de las cosas (IoT).