Un nano-dispozitiv generează electricitate prin trecerea electronilor peste barieră

Cercetătorii au descoperit un nou mod de a genera curent electric cu o pompă de electroni, fapt ce aduce un nou nivel de precizie ce ar putea fi în curând folosit la calibrarea unui dispozitiv. Studiul a fost realizat de cercetătorii de la National Physical Laboratory (NPL) şi de la Universitatea din Cambridge.

Folosind o pompă de un singur electron, ei au trecut electronii peste barieră unul câte unul. Datorită mişcării rapide a electronilor, de obicei de numărul miliardelor, sunt creaţi curenţi electrici, iar această maşină îi mută într-un mod mai organizat şi mai eficient prin ajustarea vitezei de deplasare.

Maşinăria în sine este un nano-dispozitiv şi fiind foarte mică la fel este şi bariera peste care trebuie să treacă electronii. Există o gaură în centrul acestei bariere de doar 0,0001 mm, care joacă un rol esenţial în toate acestea. Electronii sunt prinşi în această mică despărţitură şi apoi sunt evacuaţi rapid.

Masaya Kataoka, cercetătorul ştiinţific principal din cadrul Quantum Detection Group al NPL a evidenţiat că această prindere şi expulzare este ceea ce creează curentul.

"Deoarece sarcina unui singur electron este mică, semnalul se repetă de mai multe ori pe secundă pentru a genera un curent destul de mare", a declarat Kataoka prin e-mail.

Ideea de a folosi o pompă cu un singur electron pentru a studia curentul electric nu este nimic nou, adevăratul progres fiind faptul că au atins un nou nivel de viteză şi precizie.

Cercetătorii au fost capabili să pompeze aproape un miliard de electroni pe secundă, ceea ce este de aproximativ 300 de ori mai rapid decât recordul anterior stabilit de Institutul Naţional de Standarde şi Tehnologie (NIST) în 1996.

Problema cu accelerarea procesului este faptul că mărindu-se viteza scade exactitatea. "Au fost propuse multe scheme, dar toate au problema fundamentală de a nu fi capabile să producă un curent cu suficient de multă precizie", a evidenţiat Kataoka.

Ei au găsit o modalitate de a rezolva acest aspect, pornind lent apoi treptat accelerând sistemul. "Acest lucru ne-a permis să producem un curent destul de mare", a precizat Kataoka.

Kataoka a comparat acest proces cu încercarea de lua porţii cu lingura dintr-un vas umplut cu supă, menţionând: "Dacă ridici încet lingura, poţi să o umpli până la refuz. Pe de altă parte, dacă sapi cu lingura în castron şi o ridici repede, şansa face ca lingura ta să fie doar parţial umplută".

"Acest lucru se datorează faptului că dacă deplasaţi rapid recipientul (în acest caz lingura) de lichid, se poate induce o mişcare val, iar o parte se va vărsa din recipient", a spus Kataoka. "Acum un electron nu este tocmai fluid, dar probabilitatea de a se găsi într-o anumită poziţie îl face să se comporte ca un lichid".

Potrivit lui Kataoka, noua constatare nu-şi va găsi prea curând drumul printre produsele de consum", dar ar putea fi folosită pentru a calibra precizia componentelor electrice (cum ar fi rezistenţele şi condensatoarele) şi a echipamentelor (cum ar fi ampermetrele), care afectează în mod indirect calitatea vieţii".

Pentru a atinge un stadiu în care această metodă ar putea fi mai eficientă decât metodele deja în uz, Kataoka a remarcat că "dacă putem îmbunătăţi precizia în continuare (de exemplu, cu un factor de 10), avantajele pompelor noastre (operaţiuni simple, stabilitatea etc) pot câştiga în faţa altor metode şi mă aştept ca o parte din serviciile de calibrare să înceapă să utilizeze pompe de electroni".