Er is een nieuw type motor op nanoschaal voorgesteld die kwantumstippen zou gebruiken om elektriciteit op te wekken uit afvalwarmte. waardoor microschakelingen mogelijk efficiënter worden.

"Het systeem is eigenlijk heel eenvoudig, die bepaalde eigenschappen van kwantumstippen uitbuit om warmte te oogsten, Professor Andrew Jordan van de Universiteit van Rochester zei. "Ondanks deze eenvoud, het vermogen dat het zou kunnen genereren, is nog steeds groter dan elke andere nano-engine die tot nu toe is overwogen." De motoren zouden microscopisch klein zijn, en hebben geen bewegende delen. Elk zou slechts een kleine hoeveelheid stroom produceren - een miljoenste of minder van wat een gloeilamp verbruikt. Maar door miljoenen van de motoren te combineren in een gelaagde structuur, Jordan zegt dat een apparaat met een oppervlakte van een vierkante centimeter ongeveer een watt vermogen kan produceren voor elke graad verschil in temperatuur. Genoeg van hen kunnen een opmerkelijk verschil maken in het energieverbruik van een computer.

Een paper waarin het nieuwe werk wordt beschreven, wordt gepubliceerd in Fysieke beoordeling B door Jordanië, een professor in de theoretische natuurkunde, en zijn medewerkers, Björn Sothmann en Markus Buttiker van de Universiteit van Genève, en Rafael Sánchez van het Instituut voor Materiaalwetenschappen in Madrid. Jordan legde uit dat elk van de voorgestelde nanoengines is gebaseerd op twee aangrenzende kwantumdots, met stroom die door de ene en dan door de andere vloeit. Quantum dots zijn gefabriceerde systemen die vanwege hun kleine formaat fungeren als kwantummechanische objecten, of kunstmatige atomen.

Het pad dat de elektronen over beide kwantumdots moeten afleggen, kan worden aangepast om een ​​opwaartse helling te krijgen. Om deze (elektrische) heuvel te beklimmen, elektronen hebben energie nodig. Ze halen de energie uit het midden van de regio, die warm wordt gehouden, en gebruik deze energie om aan de andere kant naar buiten te komen, hoger op de heuvel. Deze verwijdert de warmte van de plaats waar deze wordt opgewekt en zet deze met een hoog rendement om in elektrische energie.

Om dit te doen, het systeem maakt gebruik van een kwantummechanisch effect dat resonante tunneling wordt genoemd, wat betekent dat de kwantumstippen fungeren als perfecte energiefilters. Als het systeem in de resonantietunnelmodus staat, elektronen kunnen alleen door de kwantumstippen gaan als ze een specifieke energie hebben die kan worden aangepast. Alle andere elektronen die deze energie niet hebben, worden geblokkeerd.

Quantum dots kunnen op een zelfassemblerende manier worden gekweekt uit halfgeleidermaterialen. Dit zorgt voor een praktische manier om veel van deze kleine motoren te produceren als onderdeel van een grotere reeks, en in meerdere lagen, die de auteurs de Swiss Cheese Sandwich-configuratie noemen.

Hoeveel elektrisch vermogen wordt geproduceerd, hangt af van het temperatuurverschil over de energieoogstmachine - hoe groter het temperatuurverschil, hoe hoger het vermogen dat wordt opgewekt. Dit vereist een goede isolatie tussen de warme en koude gebieden, zegt Jordanië.