Un team di ricerca giapponese ha chiarito il meccanismo microscopico in cui la silice amorfa si carica negativamente come raccoglitore di energia vibrazionale, che dovrebbe raggiungere la produzione di energia autonoma senza ricarica, quanto necessario per l'IoT che sta attirando l'attenzione negli ultimi anni con i suoi 'trilioni di sensori' che creano una rete di sensori su larga scala. A differenza della produzione di energia eolica e solare, generazione di energia vibrazionale, che utilizza la vibrazione naturale per la generazione di energia, non è influenzato dal tempo.

Raccoglitori di energia vibrazionale che utilizzano elettrete di ioni di potassio, che il gruppo di ricerca aveva precedentemente sviluppato, è di interesse poiché può funzionare semi-permanentemente. L'elettrete di ioni di potassio è un raccoglitore di energia vibrazionale che utilizza l'introduzione di atomi di potassio nella silice amorfa per creare una carica negativa sulla silice amorfa. Però, il suo meccanismo microscopico era sconosciuto, rendendo difficile migliorarne le prestazioni.

Attraverso calcoli di meccanica quantistica, il gruppo di ricerca ha scoperto che quando gli atomi di potassio sono inseriti nella silice amorfa, gli elettroni sono forniti dall'atomo di potassio all'atomo di silicio. Questo fa sì che l'atomo di silicio si comporti come un atomo di fosforo. Gli atomi di silicio formano 5 legami covalenti con atomi di ossigeno invece dei soliti 4, creazione di un SiO ₅ struttura. Hanno scoperto che questa struttura è ciò che accumula carica negativa.

Questo risultato fornisce una guida alla progettazione per migliorare l'affidabilità e la longevità dei raccoglitori di energia vibrazionale. Ciò consentirebbe ai sensori che non richiedono la ricarica, diventare ampiamente disponibile, e contribuire all'attualizzazione dell'Internet delle cose (IoT).