Un nuovo dispositivo sviluppato dal fisico Yi Gu della Washington State University potrebbe un giorno trasformare il calore generato da un'ampia gamma di dispositivi elettronici in una fonte di combustibile utilizzabile.

Il dispositivo è multicomponente, materiale composito multistrato chiamato diodo van der Waals Schottky. Converte il calore in elettricità fino a tre volte più efficiente del silicio, un materiale semiconduttore ampiamente utilizzato nell'industria elettronica. Pur essendo ancora in una fase iniziale di sviluppo, il nuovo diodo potrebbe eventualmente fornire una fonte di energia aggiuntiva per qualsiasi cosa, dagli smartphone alle automobili.

"La capacità del nostro diodo di convertire il calore in elettricità è molto ampia rispetto ad altri materiali sfusi attualmente utilizzati nell'elettronica, " disse Gu, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della WSU. "Nel futuro, uno strato potrebbe essere attaccato a qualcosa di caldo come lo scarico di un'auto o il motore di un computer e un altro a una superficie a temperatura ambiente. Il diodo utilizzerebbe quindi il differenziale di calore tra le due superfici per creare una corrente elettrica che potrebbe essere immagazzinata in una batteria e utilizzata quando necessario".

Gu ha recentemente pubblicato un articolo sul diodo Schottky in Il Journal of Physical Chemistry Letters .

Un nuovo tipo di diodo

Nel mondo dell'elettronica, I diodi Schottky sono utilizzati per guidare l'elettricità in una direzione specifica, simile a come una valvola in una rete idrica dirige il flusso di liquido che la attraversa. Sono realizzati collegando un metallo conduttore come l'alluminio a un materiale semiconduttore come il silicio.

Invece di combinare un metallo comune come l'alluminio o il rame con un materiale semiconduttore convenzionale come il silicio, Il diodo di Gu è costituito da un multistrato di microscopici, Seleniuro di Indio cristallino. Lui e un team di studenti laureati hanno usato un semplice processo di riscaldamento per modificare uno strato del seleniuro di indio per agire come un metallo e un altro strato per agire come un semiconduttore. I ricercatori hanno quindi utilizzato un nuovo tipo di microscopio confocale sviluppato da Klar Scientific, una start-up fondata in parte dal fisico WSU Matthew McCluskey, per studiare le proprietà elettroniche dei loro materiali.

A differenza delle sue controparti convenzionali, Il diodo di Gu non ha impurità o difetti all'interfaccia in cui i materiali metallici e semiconduttori sono uniti insieme. La connessione fluida tra il metallo e il semiconduttore consente all'elettricità di viaggiare attraverso il dispositivo multistrato con un'efficienza quasi del 100%.

"Quando colleghi un metallo a un materiale semiconduttore come il silicio per formare un diodo Schottky, ci sono sempre dei difetti che si formano all'interfaccia, " ha detto McCluskey, coautore dello studio. "Queste imperfezioni intrappolano gli elettroni, ostacolando il flusso di energia elettrica. Il diodo di Gu è unico in quanto la sua superficie non sembra avere nessuno di questi difetti. Questo riduce la resistenza al flusso di elettricità, rendendo il dispositivo molto più efficiente dal punto di vista energetico."

Prossimi passi

Gu e i suoi collaboratori stanno attualmente studiando nuovi metodi per aumentare l'efficienza dei loro cristalli di seleniuro di indio. Stanno anche esplorando modi per sintetizzare maggiori quantità di materiale in modo che possa essere sviluppato in dispositivi utili.

"Mentre ancora nelle fasi preliminari, il nostro lavoro rappresenta un grande balzo in avanti nel campo della termoelettrica, " Ha detto Gu. "Potrebbe svolgere un ruolo importante nella realizzazione di una società più efficiente dal punto di vista energetico in futuro".