Le onde terahertz sono radiazioni elettromagnetiche con una frequenza compresa tra le microonde e la luce infrarossa. Conosciuti anche come “raggi T”, sono prodotti da quasi tutto ciò che registra una temperatura, compresi i nostri corpi e gli oggetti inanimati che ci circondano.
Le onde terahertz sono pervasive nella nostra vita quotidiana e, se sfruttate, la loro potenza concentrata potrebbe potenzialmente fungere da fonte di energia alternativa. Tuttavia, fino ad oggi non c’è stato un modo pratico per catturarli e convertirli in qualsiasi forma utilizzabile.
Ora i fisici del MIT hanno escogitato un progetto per un dispositivo che credono sarebbe in grado di convertire le onde terahertz in una corrente continua, una forma di elettricità che alimenta molti dispositivi elettronici domestici.
Il loro design sfrutta il comportamento quantomeccanico o atomico del materiale in carbonio grafene. Hanno scoperto che combinando il grafene con un altro materiale, in questo caso, il nitruro di boro, gli elettroni nel grafene dovrebbero distorcere il loro movimento verso una direzione comune. Qualsiasi onda terahertz in arrivo dovrebbe “spostare” gli elettroni del grafene, come tanti piccoli controllori del traffico aereo, per fluire attraverso il materiale in un’unica direzione, come una corrente continua.
I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati oggi sulla rivista Science Advances e stanno lavorando con sperimentatori per trasformare il loro progetto in un dispositivo fisico.
“Siamo circondati da onde elettromagnetiche“, afferma l’autore principale Hiroki Isobe, un post-dottorato nel Materials Research Laboratory del MIT. “Se riusciamo a convertire quell’energia in una fonte di energia che possiamo utilizzare per la vita quotidiana, ciò aiuterebbe ad affrontare le sfide energetiche che stiamo affrontando in questo momento“.
I coautori di Isobe sono Liang Fu, Lawrence C. e Sarah W. Biedenharn Career Development Associate Professor of Physics al MIT; e Su-yang Xu, un ex post-dottorato del MIT che ora è un assistente professore di chimica all’Università di Harvard.
Rompere la simmetria del grafene
Nell’ultimo decennio, gli scienziati hanno cercato modi per raccogliere e convertire l’energia ambientale in energia elettrica utilizzabile. Lo hanno fatto principalmente attraverso raddrizzatori, dispositivi progettati per convertire le onde elettromagnetiche dalla loro corrente oscillante (alternata) alla corrente continua.
La maggior parte dei raddrizzatori sono progettati per convertire le onde a bassa frequenza come le onde radio, utilizzando un circuito elettrico con diodi per generare un campo elettrico in grado di indirizzare le onde radio attraverso il dispositivo come corrente continua. Questi raddrizzatori funzionano solo fino a una certa frequenza e non sono stati in grado di adattarsi alla gamma terahertz.
Alcune tecnologie sperimentali che sono state in grado di convertire le onde terahertz in corrente continua lo fanno solo a temperature ultrafredde, configurazioni che sarebbero difficili da implementare nelle applicazioni pratiche.
Invece di trasformare le onde elettromagnetiche in una corrente continua applicando un campo elettrico esterno a un dispositivo, Isobe si chiedeva se, a livello di meccanica quantistica, gli elettroni di un materiale potessero essere indotti a fluire in una direzione, al fine di guidare le onde terahertz in arrivo in una corrente continua.