據物理學家組織網近日報道，一個由瑞士、西班牙和美國科學家組成的研究小組開發出一種以量子阱為基礎的熱電能量收集器，可以從環境中收集熱量轉化為電能，在為小型電子設備供電方面有很大潛力。相關論文發表在最近的《新物理學雜志》上。
目前，開發熱電能量收集器的最大挑戰是怎樣造出既高能又高效的系統。科學家在不斷實驗和改進制造熱電能量收集器的材料，其中之一是量子點，一種具有半導體性質的納米晶體。量子點有著清晰的能級，所以是極佳的能量過濾器，對熱電設備來說也是一種重要的性質。量子阱是由兩種不同半導體材料相間排列，具有明顯量子限制效應的電子或空穴的勢阱，其結構和能量過濾機制都與量子點完全不同。
“我們證明了量子阱可以用作高能高效的能量收集器，”論文合著者、瑞士日內瓦大學物理學家玻喬恩·索斯曼說，“與以往提出的量子點方案相比，現在的量子阱更容易制造，而且可能在室溫下操作。”
研究人員設計的熱電能量收集器，以共振隧道量子阱為基礎，由一個中心空腔通過量子阱與兩個儲電池相連而構成。中心空腔的溫度保持著比兩個儲電池更高，量子阱作為過濾器，允許一定能級的電子通過。總體上，中心空腔和儲電池之間溫差越大，電流和輸出功率也就越大。
據分析，該量子阱能量收集器在溫差為1K（開氏度）時，輸出功率約為0.18瓦/平方厘米，幾乎是量子點能量收集器的兩倍。這是因為量子阱的自由度極高，所以比量子點能傳輸更大的電流。但在能量收集效率上，量子阱卻不及量子點。研究人員解釋說，這是因為二者對能量的過濾不同：量子阱能傳遞能量高于一定能級的任何電子，而量子點選擇性更高，只能讓某一特殊能級的電子通過，所以量子阱的能量過濾效率更低些。
但在應用方面，量子阱能量收集器卻有著廣闊的前景。首先，用量子阱制造能量收集器比用量子點更容易；其次，量子點要屬性一致才能良好發揮作用，量子阱卻不必如此；此外，量子阱還能在室溫下操作，因而用途更廣。索斯曼說：“比如，可以用這種能量收集器把計算機芯片電路中產生的廢熱收集起來，再轉化成電能，這樣既能節約用電，又能降低芯片制冷能耗。”