En ny typ av nanomotor har föreslagits som skulle använda kvantprickar för att generera el från spillvärme, potentiellt göra mikrokretsar mer effektiva.

"Systemet är verkligen enkelt, som utnyttjar vissa egenskaper hos quantum dots för att skörda värme, ", sa professor Andrew Jordan vid University of Rochester. "Trots denna enkelhet, kraften den kan generera är fortfarande större än någon annan nanomotor som har övervägts fram till nu." Motorerna skulle vara mikroskopiska i storlek, och har inga rörliga delar. Var och en skulle bara producera en liten mängd ström - en miljondel eller mindre av vad en glödlampa använder. Men genom att kombinera miljontals av motorerna i en skiktad struktur, Jordan säger att en enhet som var en kvadrattum i yta kunde producera ungefär en watt effekt för varje temperaturskillnad på en grad. Tillräckligt många av dem skulle kunna göra en märkbar skillnad i energiförbrukningen för en dator.

En artikel som beskriver det nya verket publiceras i Fysisk granskning B av Jordan, en teoretisk fysikprofessor, och hans medarbetare, Björn Sothmann och Markus Buttiker från universitetet i Genève, och Rafael Sánchez från Material Sciences Institute i Madrid. Jordan förklarade att var och en av de föreslagna nanomotorerna är baserade på två intilliggande kvantprickar, med ström som flyter genom den ena och sedan den andra. Kvantprickar är tillverkade system som på grund av sin ringa storlek fungerar som kvantmekaniska objekt, eller konstgjorda atomer.

Vägen elektronerna måste ta över båda kvantpunkterna kan justeras för att få en uppförsbacke. För att ta sig upp för den här (elektriska) kullen, elektroner behöver energi. De tar energin från mitten av regionen, som hålls varm, och använd denna energi för att komma ut på andra sidan, högre upp i backen. Detta tar bort värme från där den genereras och omvandlar den till elektrisk kraft med hög verkningsgrad.

Att göra detta, systemet använder sig av en kvantmekanisk effekt som kallas resonant tunneling, vilket innebär att kvantprickarna fungerar som perfekta energifilter. När systemet är i resonant tunnelläge, elektroner kan bara passera genom kvantprickarna när de har en specifik energi som kan justeras. Alla andra elektroner som inte har denna energi är blockerade.

Kvantprickar kan odlas på ett självmonterande sätt ur halvledarmaterial. Detta möjliggör ett praktiskt sätt att producera många av dessa små motorer som en del av en större uppsättning, och i flera lager, som författarna refererar till som Swiss Cheese Sandwich-konfigurationen.

Hur mycket el som produceras beror på temperaturskillnaden över energiskördaren – ju högre temperaturskillnad, desto högre effekt kommer att genereras. Detta kräver god isolering mellan de varma och kalla regionerna, säger Jordan.