给手机充电 又多了种你想不到的方式？！

太赫兹波属于电磁波，其频率介于微波和红外光之间。它也被称为“T射线”。几乎所有有温度的物体都会产生这种高频辐射波，比如我们的身体和周围无生命的物体。

资料来源:麻省理工学院

资料来源:麻省理工学院

翻译:邱佳夕

审校:戴晨

太赫兹波在日常生活中无处不在。如果这些能量可以汇集在一起，或者可以用作替代能源。例如，想象一个手机配件被动地吸收周围的T射线，并将其转换成电能给手机充电。然而，到目前为止，太赫兹波仍然是一种不可用的能量，因为没有实用的方法来捕获它并将其转换成任何可用的能量。

最近，麻省理工学院的物理学家提出了设备设计的蓝图。他们认为这种设备可以将周围的太赫兹波转换成直流电，为许多家用电子设备供电。

他们的设计使用了量子力学，即碳材料石墨烯的原子行为。他们发现，当石墨烯与另一种材料(氮化硼)结合时，石墨烯中的电子运动会向一个方向倾斜。就像有许多微小的“空中交通警察”，任何入射的太赫兹波都会使石墨烯电子像直流电一样以单一方向流过材料。研究人员在《科学进步》杂志上发表了研究结果，并正与实验者合作将他们的设计转化为一种物理设备。

伊泽博是麻省理工学院材料研究实验室的博士后研究员，也是论文的第一作者。“我们被太赫兹电磁波包围着，”他说。“如果我们能将这种能量转化为日常生活中可以使用的能量，这将有助于解决当前的能源挑战。”

打破石墨烯的对称性

在过去的十年里，科学家们一直在寻找各种方法来收集环境中的能量，并将其转化为可用的电能。他们主要通过整流器实现这个想法，整流器可以将电磁波从振荡电流转换成直流电。

大多数整流器被设计用来转换低频波，如无线电波。他们使用带有二极管的电路来产生电场，将通过设备的无线电波转换成直流电。然而，这些整流器只能在特定频率下工作，不适合太赫兹波。少数能够将太赫兹波转换成直流电的实验技术只能在超低温下完成。然而，在实际应用中，这些要求很难实现。

伊泽贝没有在设备中施加外部电场来将电磁波转换成直流电。他想知道，在量子力学的层面上，材料本身的电子是否能被诱导向一个方向流动，从而将入射的太赫兹波转化为直流电。为了使电子在材料中循环而不产生不规则的散射，材料必须非常干净并且没有杂质。他发现石墨烯是理想的原材料。

通过文献回顾，他发现其他人把石墨烯放在一层氮化硼上进行实验。氮化硼是由硼和氮两种原子组成的蜂窝状晶格。他们发现，在这种组合结构中，石墨烯电子上的力不再平衡:靠近硼和氮的电子会感受到不同方向的力。

在该图中，绿色正方形代表石墨烯(它位于正方形氮化硼材料之上)；红线代表太赫兹波；蓝色三角形代表正方形周围的天线(用于捕捉太赫兹波)。资料来源:麻省理工学院

伊泽贝对存在氮化硼层时石墨烯的电子散射以及这种电子散射如何影响入射电磁波，特别是入射太赫兹波进行了系统的理论研究。

他发现电子被入射的太赫兹波驱动向一个方向倾斜。如果石墨烯相对纯净，这种倾斜运动会产生直流电。如果石墨烯中有大量杂质，它们将成为电子云运动路径上的障碍，导致这些电子云向各个方向散射，而不是向同一个方向流动。

“由于存在许多杂质，这种倾斜运动最终会产生振荡。伊泽贝解释说:“任何入射的太赫能量都会因这种振荡而损失，所以我们希望使用纯样本来获得有效的电子倾斜运动。”

单向电流

他们还发现，入射太赫兹波的能量越强，设备能转换成直流电的能量就越多。这意味着所有用于转换T射线的设备也应该包含一种会聚入射太赫兹波的方法。考虑到所有这些因素，研究人员提出了太赫兹波整流器的蓝图。整流器包括夹在氮化硼层和天线之间的一小块方形石墨烯。这些天线可以在环境中收集和集中太赫兹波，增强它们的信号，并使它们充分转换成直流电。

傅说:“它非常类似于太阳能电池，只是它使用不同频率范围的电磁波——它被动地收集和转换环境能量。”该团队已经为一项新的“高频整流”设计申请了专利，并正在与麻省理工学院的实验物理学家合作开发一种可以在室温下工作而不是超低温的物理设备。

伊泽贝说:“如果这种设备能在室温下工作，我们就能把它应用到许多便携式应用中。”他设想在不久的将来，太赫兹波整流器可以应用于某些领域，例如用于病人植入的无线电源。这种设备还可以通过转换周围的无线信号为笔记本电脑和手机等个人电子设备充电。傅说:“我们发现了一种可用的原子尺度上不对称的量子材料。这带来了许多新的可能性。”

原始链接:

http://phys . org/news/2020-03-energy-harveging-aims-wi-fi-available-power . html

无处不在的太赫兹波，可以给手机充电？