Физики из Массачусетского технологического института разработали проект устройства, которое сможет преобразовывать терагерцовые волны, распространяющиеся в окружающей среде, в постоянный ток, с помощью которого можно питать многие бытовые электронные устройства. Статья исследователей опубликована в журнале Science Advances.

Любое устройство, которое посылает сигнал Wi-Fi, также излучает терагерцовые волны — электромагнитные волны с частотой в диапазоне между микроволнами и инфракрасным излучением. Так называемые Т-лучи создаются почти всем, что может нагреваться, включая наши собственные тела и неодушевленные предметы вокруг. Терагерцовые волны широко распространены в нашей повседневной жизни, и они потенциально могут быть альтернативным источником энергии.

Авторы новой работы создали устройство, в основе которого лежит графен — перспективный наноматериал, представляющий собой один слой графита. Ранее у графена уже был открыт ряд интересных свойств, связанных с преобразованием энергии излучения.

В новой работе исследователи обнаружили, что при соединении графена с другим материалом, в данном случае с нитридом бора BN, электроны в графене начинают двигаться в одном направлении, создавая электрический ток. Для того чтобы индуцировать этот процесс, как раз необходимы терагерцовые волны.

Чтобы направить электроны графена в одном направлении, нужно нарушить внутреннюю симметрию материала. Обычно потоки электронов в разных направлениях внутри этого материала симметричны, а значит, никакого тока не идет. Исследователи искали способ нарушить эту симметрию и создать поток электронов в одном направлении.

Изучая литературу, они обнаружили, что некоторые ученые проводили эксперименты, помещая поверх графена слой нитрида бора. При этом действительно мог возникнуть поток электронов: из-за разности в свойствах атомов бора и азота притяжение к ним электронов от графена было разным, при этом нарушалось равновесие в углеродном материале, и через него мог течь электрический ток.

Тогда исследователи изучили все способы рассеяния электронов в графене с подложкой из нитрида бора и выяснили, как это рассеяние повлияет на любые входящие электромагнитные волны, особенно в терагерцовом диапазоне частот. Оказалось, что если графен свободен от примесей, то терагерцовые волны могут направлять движение электронов в одном направлении, создавая электрический ток.

Авторы также показали, что сила тока тем сильнее, чем мощнее поступающее излучение. Это значит, что с ним наиболее выгодно использовать установку, которая бы концентрировала эти волны и направляла их на материал.