Uma equipe de físicos da Universidade de Arkansas desenvolveu com sucesso um circuito capaz de capturar o movimento térmico do grafeno e convertê-lo em corrente elétrica.

"Um circuito de captação de energia com base em grafeno poderia ser incorporado a um chip para fornecer limpeza, ilimitado, energia de baixa tensão para pequenos dispositivos ou sensores, "disse Paul Thibado, professor de física e pesquisador principal da descoberta.

As evidências, publicado no jornal Revisão Física E , são a prova de uma teoria que os físicos desenvolveram na U of A três anos atrás, de que o grafeno independente - uma única camada de átomos de carbono - ondula e se dobra de uma forma que promete a captação de energia.

A ideia de colher energia do grafeno é controversa porque refuta a conhecida afirmação do físico Richard Feynman de que o movimento térmico dos átomos, conhecido como movimento browniano, não pode trabalhar. A equipe de Thibado descobriu que, à temperatura ambiente, o movimento térmico do grafeno de fato induz uma corrente alternada (CA) em um circuito, uma conquista considerada impossível.

Na década de 1950, o físico Léon Brillouin publicou um artigo histórico refutando a ideia de que a adição de um único diodo, um portão elétrico unilateral, a um circuito é a solução para coletar energia do movimento browniano. Sabendo disso, O grupo de Thibado construiu seu circuito com dois diodos para converter AC em corrente contínua (DC). Com os diodos em oposição, permitindo que a corrente flua para os dois lados, eles fornecem caminhos separados através do circuito, produzindo uma corrente CC pulsante que realiza trabalho em um resistor de carga.

Adicionalmente, eles descobriram que seu projeto aumentava a quantidade de energia fornecida. "Também descobrimos que o on-off, o comportamento semelhante a um interruptor dos diodos, na verdade, amplifica a potência fornecida, ao invés de reduzi-lo, como pensado anteriormente, "disse Thibado." A taxa de variação na resistência fornecida pelos diodos adiciona um fator extra à potência. "

A equipe usou um campo relativamente novo da física para provar que os diodos aumentavam a potência do circuito. "Ao provar este aumento de poder, extraímos do campo emergente da termodinâmica estocástica e estendemos a quase centenária célebre teoria de Nyquist, "disse o co-autor Pradeep Kumar, professor associado de física e co-autor.

De acordo com Kumar, o grafeno e o circuito compartilham uma relação simbiótica. Embora o ambiente térmico esteja realizando trabalho no resistor de carga, o grafeno e o circuito estão na mesma temperatura e o calor não flui entre os dois.

Essa é uma distinção importante, disse Thibado, porque uma diferença de temperatura entre o grafeno e o circuito, em um circuito que produz energia, contradiria a segunda lei da termodinâmica. "Isso significa que a segunda lei da termodinâmica não é violada, nem há necessidade de argumentar que o 'Demônio de Maxwell' está separando elétrons quentes e frios, "Disse Thibado.

A equipe também descobriu que o movimento relativamente lento do grafeno induz corrente no circuito em baixas frequências, o que é importante do ponto de vista tecnológico porque a eletrônica funciona com mais eficiência em frequências mais baixas.

"As pessoas podem pensar que a corrente fluindo em um resistor faz com que ele aqueça, mas a corrente browniana não. Na verdade, se nenhuma corrente estivesse fluindo, o resistor esfriaria, "Thibado explicou." O que fizemos foi redirecionar a corrente do circuito e transformá-la em algo útil. "

O próximo objetivo da equipe é determinar se a corrente DC pode ser armazenada em um capacitor para uso posterior, uma meta que requer miniaturizar o circuito e padronizá-lo em um wafer de silício, ou chip. Se milhões desses minúsculos circuitos pudessem ser construídos em um chip de 1 por 1 milímetro, eles podem servir como uma substituição de bateria de baixa energia.