Ett team av fysiker från University of Arkansas har framgångsrikt utvecklat en krets som kan fånga grafens termiska rörelser och omvandla den till en elektrisk ström.

"En energi-skördskrets baserad på grafen kan införlivas i ett chip för att ge ren, gränslös, lågspänningseffekt för små enheter eller sensorer, "sa Paul Thibado, professor i fysik och ledande forskare i upptäckten.

Resultaten, publicerad i tidningen Fysisk granskning E , är bevis på en teori som fysikerna utvecklade vid U of A för tre år sedan om att fristående grafen - ett enda lager av kolatomer - krusar och spännen på ett sätt som lovar energihantering.

Tanken med att skörda energi från grafen är kontroversiell eftersom den motbevisar fysikern Richard Feynmans välkända påstående att atomernas termiska rörelse, känd som Brownian motion, kan inte jobba. Thibados team fann att vid rumstemperatur inducerar grafens termiska rörelse faktiskt en växelström (AC) i en krets, en prestation som anses vara omöjlig.

På 1950 -talet, fysikern Léon Brillouin publicerade ett landmärkespapper som motbevisade tanken att lägga till en enda diod, en enkelriktad elektrisk grind, till en krets är lösningen för att skörda energi från brunisk rörelse. Att veta detta, Thibados grupp byggde sin krets med två dioder för att omvandla AC till likström (DC). Med dioderna i opposition låter strömmen flöda åt båda hållen, de ger separata vägar genom kretsen, producerar en pulserande likström som utför arbete på ett lastmotstånd.

Dessutom, de upptäckte att deras design ökade mängden levererad effekt. "Vi fann också att on-off, switchliknande beteende hos dioderna förstärker faktiskt den levererade effekten, snarare än att minska det, som tidigare trott, "sade Thibado." Förändringshastigheten i motstånd som tillhandahålls av dioderna tillför en extra faktor till effekten. "

Teamet använde ett relativt nytt fysikområde för att bevisa att dioderna ökade kretsens effekt. "För att bevisa denna kraftförbättring, vi drog från det framväxande området för stokastisk termodynamik och förlängde det nästan hundraåriga, hyllade Nyquist -teorin, "sa medförfattaren Pradeep Kumar, docent i fysik och medförfattare.

Enligt Kumar, grafen och krets delar ett symbiotiskt förhållande. Även om den termiska miljön utför arbete på lastmotståndet, grafen och krets har samma temperatur och värme flyter inte mellan de två.

Det är en viktig skillnad, sa Thibado, eftersom en temperaturskillnad mellan grafen och krets, i en krets som producerar kraft, skulle motsäga termodynamikens andra lag. "Det betyder att termodynamikens andra lag inte bryts, det finns inte heller något behov av att argumentera för att 'Maxwells Demon' skiljer varma och kalla elektroner, "Sa Thibado.

Teamet upptäckte också att grafens relativt långsamma rörelse inducerar ström i kretsen vid låga frekvenser, vilket är viktigt ur ett tekniskt perspektiv eftersom elektronik fungerar mer effektivt vid lägre frekvenser.

"Folk kanske tror att strömmen som flödar i ett motstånd får det att värmas upp, men den bruna strömmen gör det inte. Faktiskt, om ingen ström flödade, motståndet skulle svalna, "Thibado förklarade." Det vi gjorde var att omdirigera strömmen i kretsen och förvandla den till något användbart. "

Lagets nästa mål är att avgöra om likströmmen kan lagras i en kondensator för senare användning, ett mål som kräver att miniatyrisera kretsen och mönstra den på en kiselskiva, eller chip. Om miljontals av dessa små kretsar skulle kunna byggas på ett 1 millimeter för 1 millimeter chip, de kan fungera som ett batteri med låg effekt.