تعرف علي طرق الجمع بين الإلكترونيات الضوئية والديناميكا الحرارية الكمومية لجني الطاقة في درجة حرارة الغرفة

1:00 ص komarn

يناضل المجتمع العالمي المتعطش إلى الطاقة اليوم حول كيفية التخفيف من آثار التغير المناخي من صنع الإنسان وتحت أي ظروف من التكيف الطوعي / القسري. تبدو التقنيات الخالية من الوقود الأحفوري الحالية غير كافية / غير كافية لمواجهة هذا التحدي الهائل. لذلك من المحتمل أن تتطلب معالجة هذا التحدي من الناحية التكنولوجية نضوج مفاهيم فيزيائية جريئة جديدة يمكن تتبعها سريعًا من الناحية التكنولوجية.


اكتشف فريق علمي دولي من CNRS ، وجامعة ستراسبورغ وجامعة لورين في فرنسا ، إلى جانب جامعة أوبسالا في السويد ، لحسن الحظ أحد هذه المفاهيم في التقاطع المفهوم / الموثق بشكل سيئ بين مجالين بحثيين مفككين. تشتمل Spintronics على إلكترونيات من الجيل التالي منخفضة الطاقة تستخدم خاصية الدوران الكمومي للإلكترون. وبالتالي فهي تهتم في الغالب بتقنيات تخزين / اتصالات المعلومات. تهدف فيزياء الكم / الديناميكا الحرارية إلى إعادة النظر في قواعد الديناميكا الحرارية عندما تقتصر المادة على المقياس النانوي لإظهار خواص الكم ، وبالتالي فهم كيفية عمل المحركات الكمومية.

تُظهر تجارب الفريق وتحليلاته أنه من الممكن تجميع مولد كهربائي يستخدم الدوران الإلكتروني لجني التقلبات الحرارية في درجة حرارة الغرفة. بالإشارة إلى التخطيطي للمحرك ، يحدث حصاد درجة الحرارة المحيطة على مراكز مغناطيسية (PM) - مغناطيسات على مستوى الذرة تتقلب اتجاهها بسبب الحرارة. تسمح أقطاب المحرك ، التي تسمى المحددات spintronic ، بإلكترونات تدور واحدة فقط (↑ باللون الأحمر أو ↓ باللون الأزرق) للتوصيل. نظرًا لأن الحرارة تمزج دوران الإلكترون في مركز PM (الأوسط) مع مستويات طاقة الدوران المنفصلة بشكل نشط ، يحدث النقل (الخطوط الصفراء) بين مركز PM والأقطاب الكهربائية عند مستويات طاقة مختلفة لكل قطب كهربائي. يؤدي هذا إلى ظهور جهد التحيز التلقائي الخامس بين الأقطاب الكهربائية ، وبالتالي يتدفق التيار التلقائي بمجرد إغلاق الدائرة الكهربائية.

استخدم الفريق نظريات تحليلية وأب-بادئة لإقامة صلة بين مفهوم محرك الدوران وتجارب درجة حرارة الغرفة على جهاز spintronic الحالة الصلبة يسمى تقاطع النفق المغناطيسي (MTJ). هنا ، تم استخدام الواجهة بين المعادن الحديدية المغنطيسية وذرات الكربون كمحدد spintronic ، واستبدلت ذرات الكربون محل ذرات الأكسجين في حاجز الأنفاق MgO كمراكز PM.

وفقًا للتجارب ، إذا كان من الممكن إنتاج هذه الأجهزة بكميات كبيرة في ظل عوائد نجاح عالية ، ثم في كثافات MgO MTJs الحالية ضمن ذكريات الجيل التالي ، قد ينتج عن هذا المفهوم رقائق تنتج باستمرار الطاقة الكهربائية بكثافة طاقة مساحتها أكبر بثلاثة أضعاف من الإشعاع الشمسي الخام على الأرض. يكمن التحدي الآن في تأكيد بعض الجوانب الأساسية لتشغيل هذا المحرك ، لتحقيق استنساخ الجهاز عن طريق التحكم في مستوى وخصائص مراكز PM في جهاز الحالة الصلبة المناسب ، لتنفيذ تكامل CMOS الخلفي (على سبيل المثال ، شكرًا للتقدم الحالي في تقنيات MgO MTJ) ، لإدارة المشكلات الهندسية مثل تدفق الحرارة وفقدان التوصيل البيني ، وتخفيض تكلفة المساحة الناتجة عن الشريحة بشكل كبير.

لتجنب الكارثة المناخية ضمن الإطار الزمني المحدد لـ GIEC لمدة 11 عامًا باستخدام حل تقني مثل هذا الحل ، سيتطلب تعهدًا كبيرًا ومركّزًا على غرار ما تم نشره في مشروع مانهاتن ، يجمع بين العلماء وصانعي السياسات والشركاء الصناعيين الذين يعملون بالفعل على MTJ- تقنيات spintronic مقرها. سيساعد الموقع قيد الإنشاء على التواصل في هذا المشروع. وكمقياس للأمل ، انقضت سبع إلى تسع سنوات فقط بين اكتشاف الإسبينترونكس في 1986-1988 وأول منتج تجاري ناتج. إذا كان الحل لأزمة المناخ هو إشراك تكنولوجيا جديدة ، فيجب أن يتم النظر في المفاهيم المادية الجديدة جذريًا التي يمكن تتبعها سريعًا تقنيًا ، من الآن فصاعدًا ، في الإلحاح وتحديد الأولويات التي تنذر بها مخاطر كارثة المناخ.

مشاركة