В отличие от солнечных панелей, использование которых ограничено продолжительностью светового дня и зависит от капризов погоды, инфракрасное (тепловое) излучение самого Солнца, атмосферы, океанов и поверхности Земли доступно круглые сутки. С помощью особым образом сконструированных антенн эти электромагнитные волны можно улавливать и направлять в выпрямитель, где переменные сигналы будут преобразовываться в постоянный ток.

Реализация этой идеи на практике сталкивается с несколькими серьёзными затруднениями. Во-первых, ИК-излучение имеет очень малую длину волн, соответственно, приёмные антенны для них должны иметь микро- и нанометровые габариты, что делает их изготовление и тестирование неординарной задачей. Во-вторых, частота тепловых колебаний превышает возможности типичных полупроводников.

«В мире не существует коммерческого диода, способного работать на столь высокой частоте», — отмечает Атиф Шамим (Atif Shamim), руководитель проекта из Научно-технического университета им. короля Абдуллы (KAUST).

В созданной ими модели преобразователя теплового излучения группа Шамима использовала диоды типа «металл-изолятор-металл» (Metal-Insulator-Metal, MIM), которые выпрямляют высокочастотные сигналы, туннелируя электроны сквозь барьер. Нанометровая толщина барьера обеспечивает такому устройству высокое быстродействие — порядка нескольких фемтосекунд.

Сигналы для этого выпрямителя генерирует наноантенна уникальной конструкции: в ней тонкая плёнка диэлектрика запрессована между двумя слегка выступающими металлическими контактами.

Благодаря подбору металлов с различной рабочей функцией новый MIM-диод может улавливать ИК-волны в пассивном режиме — без приложения внешнего электрического напряжения. Антенный «сэндвич» успешно продемонстрировал в испытаниях способность собирать тепловую энергию. Обнаруженная зависимость выходного напряжения от поляризации падающего ИК-излучения свидетельствует, что такая антенна улавливает именно энергию, переносимую радиационным способом, а не другими механизмами теплопередачи.

«Это лишь начало, проверка концепции, — пишет Шамим. — Подключение миллионов таких устройств сможет внести вклад в увеличение общего производства электроэнергии».