麻省理工学院旨在将Wi-Fi信号转为可用的电力，通过收获设计

在我们的日常生活中，太赫兹波是普遍存在的，如果利用，他们的集中功率可能是替代能源。例如，想象一下，通过手机加盖，它被动地浸泡了环境T射线并使用它们的能量充电。

用于利用太赫兹辐射的装置可以实现自动植入物，手机，其他便携式电子设备。

任何发出Wi-Fi信号的设备也会发出Terahertz波 - 电磁波，其频率在微波和红外光之间的某处。这些高频辐射波，被称为“T射线”，也通过几乎所有注册温度的东西产生，包括我们自己的身体和我们周围的无生命物体。

在我们的日常生活中，太赫兹波是普遍存在的，如果利用，他们的集中功率可能是替代能源。例如，想象一下，通过手机加盖，它被动地浸泡了环境T射线并使用它们的能量充电。然而，迄今为止，太赫兹波是浪费的能量，因为没有实际的方法来捕获并将它们转换为任何可用形式。

现在，麻省理工学院的物理学家已经提出了他们认为能够将环境太赫兹波浪转化为直流，这是一种为许多家用电子产品的电力转换为直流的蓝图。

它们的设计利用了碳材料石墨烯的量子机械或原子行为。他们发现，通过将石墨烯与另一种材料组合，在这种情况下，石墨烯中的电子应该朝着共同方向倾斜它们的运动。任何进入的太赫兹波都应该“穿梭”石墨烯的电子，如此多的微小空气交通控制器，以便在单个方向上流过材料，作为直流电流。

研究人员今天发表了他们的业绩，在“科学”期刊上的进步，并与实验主义者一起将其设计转变为物理设备。

“我们被太赫兹范围内的电磁波包围，”MIT材料研究实验室的Postdoc领先作者Hiroki Isobe说。“如果我们可以将这种能量转换为能源，我们可以用于日常生活，这将有助于解决我们现在所面临的能源挑战。”

Isobe的共同作者是梁福，劳伦斯C.和莎拉W.Biedenharn职业发展助理物理学教授，麻省理工学院;和苏阳徐，哈佛大学的助理教授化学助理。

从研究人员的纸张中，该示意图P显示了一个绿色的正方形，表示在另一种材料的平方顶部的石墨烯。红线代表太赫兹波。蓝色三角形代表围绕广场以捕获太赫兹波并将波浪聚焦到广场的天线。

在过去的十年中，科学家们已经寻找收获的方法，并将环境能量转化为可用的电能。它们主要通过整流器，设计用于将电磁波从其振荡（交替）电流转换为直流电的设备。

大多数整流器被设计为使用具有二极管的电路来转换诸如无线电波的低频波，以产生可以通过设备引导无线电波的电场。这些整流器仅工作到达一定的频率，并且尚未能够适应太赫兹范围。

几种实验技术只能将太赫兹波转换为直流电流的实验技术，只有在超薄温度下，设置在实际应用中难以实现的设置。

通过在装置中施加外部电场而不是将电磁波转换成DC电流，而不是在量子机械水平上探测，在量子的机械水平上，可以诱导材料的自己的电子以一个方向流动，以便将传入的太赫兹波转向直流电流。

这种材料必须非常干净，或者没有杂质，以便对于材料中的电子流过而不散射材料中的不规则性。石墨烯，他发现，是理想的起始材料。

直接石墨烯的电子以一个方向流动，他必须打破材料的固有对称性，或者物理学家称之为“反转”。通常，石墨烯的电子感觉到它们之间的相等力，这意味着任何进入的能量会对对称地散射电子。Isobe寻找方法来打破石墨烯的反演，并响应进入能量诱导电子的不对称流动。

通过文献探讨，他发现其他人通过将它的氮化物层放置在一层氮化硼层上，是由两种类型的原子和氮的类似蜂窝晶格进行了实验。他们发现在这种安排中，石墨烯电子之间的力被淘汰了：靠近硼的电子感觉到一定的力，而靠近氮的电子经历了不同的拉动。整体效果是物理学家称之为“歪斜散射”，其中电子云在一个方向上倾斜运动。

Isobe开发了一种系统的理论理论研究，石墨烯中的电子可以与诸如氮化硼的底层基板组合散射，以及该电子散射如何影响任何进入的电磁波，特别是在太赫兹频率范围内。

他发现，如果石墨烯相对纯度，则通过进入太赫兹波倾斜以偏斜的太赫兹波倾斜，电流产生电流。如果石墨烯中存在太多杂质，它们将作为电子云的路径中的障碍物，导致这些云在所有方向上散射，而不是移动。

“凭借许多杂质，这种偏斜的动作恰到好处，最终振荡，并且任何传入的太赫兹能量都会通过这种振荡丢失，”Isobe解释道。“所以我们希望一个干净的样本有效地获得偏斜运动。”

一个方向

他们还发现，传入的太赫兹能量越强，该能量越多，设备可以转换为DC电流。这意味着任何转换T射线的设备还应包括在进入设备之前将这些波集中的方法。

随着这一切的考虑，研究人员为太赫兹整流器提出了一个蓝图，该图纸由一个小型的石墨烯组成，该石墨烯坐在一层氮化硼层上，并在将收集和浓缩环境太赫兹辐射的天线内夹在天线内，促进其信号足以将其转换为直流电流。

“这将非常像太阳能电池一样，除了不同的频率范围，被动地收集和转换环境能量，”傅说。

该团队提出了新的“高频整流”设计专利，研究人员正在使用麻省理工学院的实验物理学家，以基于其设计开发物理设备，这应该能够在室温下工作，而不是超低货先前的太赫兹整流器和探测器所需的温度。

“如果设备在室温下工作，我们可以将其用于许多便携式应用程序，”Isobe说。

他设想，在不久的将来，太赫兹整流器可以例如用于患者体内的无线电源植入物，而不需要手术来改变植入物的电池。这些设备还可以将环境Wi-Fi的信号转换为充电，以充分销售电脑和手机等个人电子设备。

“我们正在采用Quantum材料，在原子秤上具有一些不对称，现在可以使用，这可以推出很多可能性，”傅说。

本研究部分由美国陆军研究实验室和美国军队研究员通过士兵纳米技术研究所（ISN）提供资金。