Enerji verimliliğinde yeni yöntem

Elektronik cihazlar enerjinin oldukça büyük bir bölümünün ısı olarak harcanıp gitmesine yol açar. Bu enerjiyi kolayca gözden çıkarmak yerine ondan yararlanabilmek, elektronik endüstrisinde devrim yaratabilecek bir düşünce. Çünkü çok daha verimli makinelerin yolunun açılması anlamına geliyor ve görünüşe bakılırsa buna giderek yaklaşıyoruz. Geçtiğimiz ay Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bir makalede, iki tane kuantum noktası kullanılarakgerilim gürültüsünden elektrik akımı üretildiği duyuruldu. Almanya’da yapılan cihazın yaratıcıları, ısı olarak boşa harcanan enerjinin kullanılmasını sağlayacak sistemlerin geliştirilmesinde bir adım atmış olduklarını belirtiyorlar.

Fizikçiler uzun süredir elektronik cihazları ısıtıp, yararsız bir şekilde kaybedilen bu enerjinin elektrik akımına çevrilip kullanılabilmesi konusunda çalışıyorlardı. SonundaWürzburg Üniversitesi‘nden Lukas Worschech ve meslektaşları, rastgele akım çalkalanmalarının elektik akımına çevrilebildiğini deneysel olarak doğruladı.

Deneyde, boşa giden ısı enerjisinin sıcak ve soğuk bölümlerini taklit etmek için gerilim gürültüsü kullanıldı. Yani deney cihazın ısınmasına yol açarak kaybolan enerjinin işe dönüştürülmesini doğrudan gösteren bir çalışma değil. Bununla beraber ekip üyesi Fabian Hartmann küçük gerilim çalkalanmalarının akıma dönüştürülebileceğini belirterek şöyle diyor: “Bizim örneğimizden hareketle türetilen bir cihaz, otonom ve kendi gücünü üreten sistemlerin çalıştırılmasını sağlayabilir.”

Çiftlenmiş kuantum noktaları

Deney düzeneği her biri yaklaşık 300 nm çapında yarı iletken diskler olan iki adet kuantum noktasından oluşuyor. Kuantum noktaları birbirinden 150 nm uzaklıkla yerleştirilerek, Coulomb çiftlenmesi ile enerji değiş tokuşu yapmalarını garantiliyor; elektron atlaması ile değil. Araştırmacılar daha sonra üç tane iletkeni sisteme ekliyorlar: İki tanesi üst kuantum noktasından altındakine ve bir tanesi de en alttaki kuantum noktasından gerilim kaynağına bağlanıyor. Gerilim kaynağı birkaç volt değerinde ve milivolt düzeyinde gürültüsü var.

En alttaki kuantum noktiasına uygulanan gürültünün yoğunluğu arttırılırken, araştırmacılar üst kuantum noktasında daha büyük akım ölçüyorlar. Veri trendi kuadratik: Gerilim gürültüsü iki kat artınca, en büyük akım değeri dört katına çıkıyor. En azından milivolt mertebesindeki gürültü ve nanoamper mertebesindeki akımlar için durum böyle. Hartmann cihazın akımının elbette bir üst sınır değeri olacağını, fakat bunu henüz sınamadıklarını belirtiyor. Araştırmacılar ayrıca üstteki kuantum noktasına iliştirilen iletken gerilimini değiştirerek, akım yönünü tersine döndürebildiklerini de gösteriyorlar. Bu da elektronların gerilime bağlı olarak enerji bakımından elverişli yönde akmaları anlamına geliyor.

Oda sıcaklığında çalışacak bir tasarım gerek

Ekibin yaptığı enerji kullanım sistemi üzerindeki sınırlamalardan biri kuantum noktalarının sıvı helyuma batırılmış olması ki, tüketicilerin kullanacağı elektronik cihazlar düşünüldüğünde bunun hiç pratik olmadığı açık. Dolayısıyla, akımların oda sıcaklığında da elde edilebileceğini göstermeleri kritik önemtaşıyor. “Kesinlikle en büyük güçlük oda sıcaklığında bu işi yapabilen bir cihaz üretmek,” diyor Geneva Üniversitesi‘nden araştırmacı Björn Sothmann.

Ayrıca, akımın gerilim gürültüsü ile değil termal çalkalanmaların kendisiyle elde edilebildiğini de gösterebilmeleri gerekiyor. Çünkü şu anki hâliyle deney benzer bir durumu taklit ederek kuramı dolaylı olarak destekliyor, fakat doğrudan kanıt kesinlikle sağlanmalı. Yine de gerilim çalkalanmaları ile termal çalkalanmalar çok yakından ilişkili olduğundan, bu çalışmanın ilkesel onayının anlamı büyük.

Kaynak:Bilimfili.com