Une équipe de physiciens de l'Université de l'Arkansas a développé avec succès un circuit capable de capturer le mouvement thermique du graphène et de le convertir en courant électrique.

"Un circuit de récupération d'énergie basé sur le graphène pourrait être incorporé dans une puce pour fournir un illimité, alimentation basse tension pour petits appareils ou capteurs, " a déclaré Paul Thibado, professeur de physique et chercheur principal dans la découverte.

Les résultats, publié dans la revue Examen physique E , sont la preuve d'une théorie développée par les physiciens à l'Université de l'Alberta il y a trois ans, selon laquelle le graphène autonome - une seule couche d'atomes de carbone - ondule et se déforme d'une manière prometteuse pour la récupération d'énergie.

L'idée de récolter l'énergie du graphène est controversée car elle réfute l'affirmation bien connue du physicien Richard Feynman selon laquelle le mouvement thermique des atomes, connu sous le nom de mouvement brownien, ne peut pas travailler. L'équipe de Thibado a découvert qu'à température ambiante, le mouvement thermique du graphène induit en fait un courant alternatif (AC) dans un circuit, une réalisation que l'on croyait impossible.

Dans les années 1950, le physicien Léon Brillouin a publié un article historique réfutant l'idée que l'ajout d'une seule diode, un portail électrique unidirectionnel, à un circuit est la solution pour récupérer l'énergie du mouvement brownien. Sachant cela, Le groupe de Thibado a construit son circuit avec deux diodes pour convertir le courant alternatif en courant continu (CC). Avec les diodes en opposition permettant au courant de circuler dans les deux sens, ils fournissent des chemins séparés à travers le circuit, produisant un courant continu pulsé qui effectue un travail sur une résistance de charge.

En outre, ils ont découvert que leur conception augmentait la quantité de puissance délivrée. « Nous avons également constaté que le mode marche-arrêt, le comportement en interrupteur des diodes amplifie en fait la puissance délivrée, plutôt que de le réduire, comme on le pensait auparavant, " a déclaré Thibado. " Le taux de changement de résistance fourni par les diodes ajoute un facteur supplémentaire à la puissance. "

L'équipe a utilisé un domaine de physique relativement nouveau pour prouver que les diodes augmentaient la puissance du circuit. "En prouvant cette amélioration de la puissance, nous avons puisé dans le domaine émergent de la thermodynamique stochastique et étendu le presque centenaire, célèbre théorie de Nyquist, " a déclaré le coauteur Pradeep Kumar, professeur agrégé de physique et co-auteur.

Selon Kumar, le graphène et le circuit partagent une relation symbiotique. Bien que l'environnement thermique effectue des travaux sur la résistance de charge, le graphène et le circuit sont à la même température et la chaleur ne circule pas entre les deux.

C'est une distinction importante, dit Thibado, car une différence de température entre le graphène et le circuit, dans un circuit produisant de l'énergie, contredirait la deuxième loi de la thermodynamique. "Cela signifie que la deuxième loi de la thermodynamique n'est pas violée, il n'est pas non plus nécessaire d'affirmer que le «démon de Maxwell» sépare les électrons chauds et froids, " a déclaré Thibado.

L'équipe a également découvert que le mouvement relativement lent du graphène induit un courant dans le circuit à basse fréquence, ce qui est important d'un point de vue technologique car l'électronique fonctionne plus efficacement à des fréquences plus basses.

"Les gens peuvent penser que le courant circulant dans une résistance la fait chauffer, mais pas le courant brownien. En réalité, si aucun courant ne passait, la résistance se refroidirait, " expliqua Thibado. " Ce que nous avons fait, c'est rediriger le courant dans le circuit et le transformer en quelque chose d'utile. "

Le prochain objectif de l'équipe est de déterminer si le courant continu peut être stocké dans un condensateur pour une utilisation ultérieure, un objectif qui nécessite de miniaturiser le circuit et de le modeler sur une plaquette de silicium, ou puce. Si des millions de ces minuscules circuits pouvaient être construits sur une puce de 1 millimètre sur 1 millimètre, ils pourraient servir de remplacement de batterie de faible puissance.