Инновационная разработка может изменить подход к энергоснабжению малогабаритных электронных приборов, повысив их автономность и эффективность использования энергии. Наше окружение насыщено радиосигналами от Wi-Fi, Bluetooth и 5G сетей. Эти технологии отлично справляются с передачей информации, но также являются потенциальным источником энергии.

Группа исследователей из Сингапурского национального университета разработала передовую технологию, позволяющую собирать и использовать эти "бесхозные" радиосигналы для питания небольших электронных устройств. Основой новой технологии является наноразмерный спиновый выпрямитель, способный преобразовывать крайне слабые радиосигналы (мощностью менее -20 дБм) в постоянный ток. Это устройство решает главную проблему существующих радиочастотных выпрямителей, которые неэффективны при низких уровнях мощности окружающих сигналов.

Наноразмерный спиновый выпрямитель - это компактное и эффективное устройство, превращающее слабые радиосигналы в постоянный ток, используя квантовые свойства спина электронов. Работая на принципах спин-орбитального взаимодействия и спин-зависимого туннелирования, они преобразуют колебания магнитного момента электронов в электрический ток. Эти выпрямители перспективны для создания самостоятельных и энергоэффективных электронных устройств, в том числе для систем Интернета вещей.

Руководитель проекта, профессор Ян Хёнсу, пояснил, что традиционные гигагерцовые диодные выпрямители Шоттки долгое время не развивались из-за фундаментальных термодинамических ограничений при низких уровнях мощности. Недавние разработки были направлены на повышение эффективности антенн и схем согласования импеданса, что увеличивало размер чипа, затрудняя его миниатюризацию.

Исследовательская группа показала, что наноразмерные спиновые выпрямители предлагают компактный, чувствительный и эффективный способ прямого преобразования радиочастотной энергии в постоянный ток. Ян отметил, что их результаты демонстрируют простоту интеграции и масштабирования технологии SR, что облегчает разработку крупномасштабных массивов SR для различных маломощных радиочастотных и коммуникационных приложений.

Учёные оптимизировали спин-выпрямительные устройства в двух вариантах: одиночный выпрямитель, работающий в диапазоне от -62 дБм до -20 дБм, и массив из 10 последовательно соединенных спин-выпрямителей с эффективностью преобразования 7,8%. Интеграция массива в модуль сбора энергии позволила им питать коммерческий датчик температуры при входной мощности всего -27 дБм. Результаты исследования, проведенного совместно с учеными из Университета Тохоку в Японии и Университета Мессины в Италии, были опубликованы в журнале Nature Electronics 24 июля.

Несмотря на многообещающие результаты, модули сбора энергии на основе спиновых выпрямителей всё ещё требуют доработки. Команда Янга работает над интеграцией антенны на чипе, что может ещё больше повысить эффективность и компактность устройства. Исследователи также планируют сотрудничество с промышленными и академическими партнерами для развития самоподдерживающихся интеллектуальных систем со встроенными спиновыми выпрямителями. Они надеются, что это позволит создать компактные встроенные технологии для беспроводной зарядки и систем обнаружения сигналов, основанные на сборе окружающих радиочастотных сигналов.

В схожем исследовании корейские ученые усовершенствовали технологию обратного рассеивания, позволяющую устройствам отражать модулированные беспроводные сигналы для передачи данных, что привело к повышению энергоэффективности на 40% и увеличению времени работы без батареи. Эта новая технология сбора энергии из радиочастотных сигналов может произвести революцию в энергоснабжении малогабаритных электронных устройств, сделав их более автономными и энергоэффективными.

Источник: ixbt.com