Нанотехнологии позволят добывать бесплатное электричество из сигналов Wi-Fi
Новая наука спинтроника об эффектах, связанных с переносом спина заряжённых частиц, позволяет создавать не только перспективную магниторезистивную память, но также обещает прорыв в выработке электричества из «мусорного» радиочастотного излучения. Сегодня в городах пространство перенасыщено всевозможными частотами, энергия которых в подавляющем большинстве рассеивается без пользы. Добыть из неё электричество — заманчивая цель.
Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) и японского Университета Тохоку (TU) создали на кристалле массив из 50 так называемых спин-трансферных осцилляторов (генераторов). Каждый из крошечных генераторов состоял из целого каскада тонких слоёв из диэлектрических и магнитных материалов. Такие же материалы, но в меньшем числе используются для производства памяти STT-MRAM.
В этих материалах под воздействием внешнего магнитного поля — радиочастотного излучения — возникают автоколебания с генерацией спин поляризованного тока. Последовательное или параллельное соединение нескольких десятков таких генераторов позволяет получить достаточно большой ток, чтобы зарядить конденсатор и запитать простенькую электронику.
Созданный учёными чип по добыче электричества из излучения частотой 2,4 ГГц — это один из самых распространённых несущих сигналов Wi-Fi — за пять секунд заряжал конденсатор в схеме и затем около минуты держал зажжённым светодиод с напряжением питания 1,6 В. В теории, и учёные будут этого добиваться в опытах, можно создать рабочую схему с зарядкой аккумулятора от сигнала Wi-Fi с последующим автономным питанием простейших устройств Интернета вещей.
Для создания рабочей схемы из массива добывающих осцилляторов исследователям пришлось решить массу проблем, включая синхронизацию осцилляторов и компенсацию их воздействие друг на друга. Эффекты с переносом спина настолько тонкие, что физика процессов включает возникновение и взаимное влияние магнитных вихрей в материалах в отдельных осцилляторах. Поэтому синхронизация включает как временные, так и пространственные факторы. Проще говоря, на выработку электричества влияет даже геометрия размещения генераторов на кристалле, как и существенно отличаются режимы генерации при последовательном и при параллельном включении осцилляторов.
Подробно об исследовании можно прочесть в статье в Nature Communications. Статья свободно доступна по ссылке.